To understand the function of macromolecules like proteins it helps to know the structure of the molecule. Coherent diffraction imaging is an emerging method that might be used to figure out the structures of macromolecules. In this method diffraction patterns of the macromolecule are recorded by shining light on the molecule from many unknown orientations and detecting the pattern of the diffracted photons. By assembling the diffraction patterns in a specific way and finding the phase of the photons that gave rise to the diffraction patterns, it is theoretically possible to obtain the electronstructure of the molecule and thus the molecular structure. The assembling of several thousand diffraction patterns representing unknown orientations of the molecule is hard to do by hand, but there are several methods that can be used. The EMC (Expand-Maximize-Compress) algorithm is one of those methods. It is an iterative algorithm that tries to create a model describing the Fourier Transform of the electron density of the molecule by maximizing each diffraction patterns fit to the model. This work examines how sensitive the EMC algorithm is to datasets with few diffraction patterns or a low intensity of the light being diffracted by the molecule, for the proteins phytochrome and lysozyme. The result of the work could be used to make sure enough data in collected in real experiments. Diffraction patterns simulated with the program Condor is used in this work, instead of diffraction patterns from real experiments.EMC finds the correct model when the data set contains about 1/3 fewer photons for the smaller more symmetrical molecule lysozyme than it does for phytochrome. This might be because the shapes in lysozymes diffraction patterns are larger than in phyochrome’s patterns. For phytochrome the EMC algorithm assembled the diffraction patterns correctly, with fewest photons for the light intensity 0.764 J/μm2 and 1250 diffraction patterns. For lysozyme it was with an intensity 1.910 J/μm2 and 1425 diffraction patterns. More investigation of the data is needed to understand what factors that affect the EMC algorithms ability to assemble the diffraction patterns correctly. / För att förstå makromolekylers kemiska eller biologiska funktion so underlättar det om man känner till molekylens kemiska struktur. Med den nya tekniken “coherent diffraction imaging” ska det vara möjligt att lista ut makromolekylers struktur. I denna teknik detekterar man diffraktionsmönster av molekylen genom att belysa molekylen med ljus från många olika okända vinklar and registrera mönstret som skapas av det diffrakterade ljuset. Genom att sätta ihop alla dessa diffraktionsmönster på rätt sätt och sen återskapa fasen för ljuset i diffraktionsmönstret så kan man generera molekylens elektronstruktur och från elektronstrukturen kan man få tag i molekylens struktur. Att sätta ihop tio tusentals diffraktionsmönster med okända vinklar på rätt sätt är väldigt svårt att göra, men det finns flera olika metoder som kan användas. EMC (Expand-Maximize-Compress) är en sådan metod. EMC är en iterativ algoritm som skapar en modell av (Fourier transformen av) molekylens elektronstruktur genom att maximera hur bra diffraktionsmönstren passar med modellen. Detta arbete utreder hur bra EMC algoritmen är på att hitta rätt (Fourier transform av) elektronstruktur när väldigt få diffraktionsmönster används eller när intensiteten på ljuset som sprids av molekylen är lågt. Programmet Condor används för att generera teoretiska diffraktionsmönster för de 2 molekylerna lysozym och fytokrom. EMC används sedan med olika uppsättningar av intensitet och antal diffraktionsmönster för att skapa en modell av elektronstrukturen. EMC behövde ca 1/3 färre antal fotoner i sin modell för att hittar den rätta modellen av elektronstrukturen för den lilla symmetriskt formade molekylen lysozym än för fytokrom. Att det är lättare för EMC algoritmen att hitta den korrekta modellen för lysozym än fytokrom kan bero på att lysozyms diffraktionsmönster har större former/features eller på lysozyms storlek och form. EMC körningen som behövde minst antal fotoner för att hitta den korrekta elektronstrukturen för fytokrom hade intensiteten 0,764 J/μm2 på det inkommande ljuset och behövde 1250 diffraktionsmönster. För lysozym behövdes det 1,910 J/μm2 och 1425 diffraktionsmönster för att EMC algoritmen skulle hitta rätt modell av elektronstrukturen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-448777 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Rogvall, Johanna |
| Publisher | Uppsala universitet, Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet, Molekylär biofysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | FYSAST ; FYSKAND1132 |
Page generated in 0.0064 seconds