Cwiczenie 5
Integracja obrazu dyfrakcyjnego,
wyznaczanie intensywnosci refleksow, macierzy orientacji i grupy przestrzennej
CEL CWICZENIA:
Analiza danych pochodzacych z
eksperymentu dyfrakcyjnego przeprowadzonego na krysztale bialka. Integracja obrazu
dyfrakcyjnego, wyznaczanie intensywnosci refleksow, macierzy orientacji i grupy
przestrzennej zostana dokonane przy uzyciu programow DENZO i XDISPLAYF. Opis
cwiczenia zostal napisany na podstawie podrecznika Daniela Gewirtha “The HKL
Manual”.
UWAGI:
1. Jesli czegos nie wiesz - zapytaj.
2. Teksty pisane mniejsza czcionka to informacje,
ktore wyswietlac beda programy.
3. Wszystko co Ty powinienes wpisac jest podane
pogrubiona czcionka.
4. "Wybrac" oznacza ustawic kursor
(strzalke, ktora widzisz na monitorze, poruszana za pomoca myszy) na danej
pozycji i nacisnac lewy klawisz myszy. Jezeli nalezy uzyc innego klawisza, jest
to zaznaczone w tekscie.
5. "Przeciagnac" cos oznacza przesunac
kursor, ustawiony na danym obiekcie, przy przycisnietym lewym klawiszu myszy.
Zwolnienie klawisza myszy w wybranym miejscu powoduje zatrzymanie sie danego
obiektu.
6. [enter] oznacza, ze powinienes nacisnac
przycisk z napisem “Enter”.
7. Podczas cwiczenia uzywac bedziesz tzw. okien.
Rozmiary okna mozesz zmieniac wybierajac jedna z krawedzi i przeciagajac ja do
wybranego polozenia. Cale okno, bez zmiany jego wielkosci, mozesz przesuwac
wybierajac i przeciagajac rubryke z tytulem okna. Czasami wygodnie jest
chwilowo zmniejszyc okno. Dokonujesz tego, wybierajac mniejszy z dwoch
kwadratow znajdujacych sie na gorze, po prawej stronie okna. Okno w postaci
ikony (obrazka) ustawia sie na gorze, po lewej stronie na monitorze. Aby
powrocic do “pelnego” okna wybierz obrazek, ktory je symbolizuje. Z boku
kazdego okna znajduje sie “winda”, ktora pozwala ogladac jego zawartosc. Kursor
musi sie znajdowac w danym oknie, abys mogl cos w nim wpisac.
OPIS CWICZENIA:
Jezeli monitor jest ciemny, dotknij
klawiatury lub myszy. Zaloguj sie na swoje konto. Tlo monitora zmieni sie, a w
lewym gornym rogu pojawi sie tabelka. Wybierz jej druga rubryke (desktop), pojawi sie druga tabelka. Wybierz jej
przedostatnia czesc (unix
shell), to polecenie umozliwia Ci
tworzenie okien. Po chwili na monitorze pojawi sie zarys okna. Nacisnij dowolny
klawisz myszy, co spowoduje wypelnienie sie okna.
W oknie
powinienes zobaczyc zgloszenie:
valine 1%
Jesli zobaczysz cos innego (np. leucine
1%, glycine 1%, adenine 1% ...), musisz dokonac jeszcze kilku operacji.
Wpisz:
telnet valine [enter]
W ten sposob polaczysz sie z komputerem
o nazwie valine. Zaloguj sie na swoje konto. Powinien pojawic sie napis:
valine 1%
Powtorz to we wszystkich oknach, ktore
otworzyles. Nastepnie w kazdym z nich przejdz do katalogu swojej grupy i dalej
wpisz:
valine 1% cd denzo [enter]
W ten sposob znalazles sie w
podkatalogu denzo gdzie sa dane, ktorych potrzebujesz.
W jednym z okien wpisz:
valine 1% xdisp mar 30cm compressed
/users/robert/FAKULT/lizozym_001.pck & [enter]
Polecenie xdisp mar 30cm wywoluje
odpowiednia wersje programu XDISPLAYF, nazwa lizozym_001.pck okresla jaki plik z obrazu dyfrakcyjnego bedzie
uzywany przez ten program.
Po chwili pojawi sie zarys nowego okna, w dalszej czesci cwiczenia zwanego oknem obrazu. Ustaw je tak,
aby nie kolidowalo z pozostalymi oknami i wypelnij je przez nacisniecie klawisza myszy.
Zobaczysz obraz dyfrakcyjny. Nad nim w
postaci szeregu rubryk znajdowac sie bedzie zestaw polecen, z ktorych kilku
bedziesz uzywal podczas cwiczenia.
Zanim uruchomisz program DENZO musisz przygotowac/wyedytowac zbior lizozym.dat.
Wpisz zatem:
valine 1% jot
lizozym.dat [enter] W oknie "jot" powinna zostac wypisana
zawartosc pliku lizozym.dat. Sa tu zgromadzone informacje, jakie powinienes
podac programowi aby dzialal. Na monitorze zobaczysz kolejno: [lizozym.dat] nazwa pliku format mar 30 cm typ detektora jakiego uzywano podczas
zbierania danych [swap
bytes] nie musisz sie tym przejmowac radial offset angular offset poprawki podajace (w mm) przesuniecie
glowicy skanujacej od polozenia koncentrycznego wzgledem plyty odwzorowujacej oscillation
range podaje wraz z pozniejsza komenda oscillation
start zakres oscylacji krysztalu (w
stopniach) mosaicity mozaikowatosc krysztalu (w stopniach) wavenlength dlugosc fali promieniowania X, przy
ktorej przeprowadzono eksperyment (A) spindle
axis wektor sieci odwrotnej wzdluz osi
obrotu vertical
axis krysztalu, oraz wektor sieci odwrotnej
w kierunku pionowym na plaszczyznie detektora w pewnym umownym (standardowym)
polozeniu krysztalu, do ktorego bedzie odnosic sie wyznaczana macierz
orientacji error
density wartosc uzywana do okreslania bledow w
polozeniu plamek i w definiowaniu silnych refleksow error
positional minimalny blad (w mm) w pomiarze
polozenia plamki profile fitting radius promien obszaru wokol plamki, podany
w mm. Plamki sasiadujace z dana plamka, w takim
promieniu, sa uzywane do obliczenia sredniego profilu plamki. weak
level poziom intensywnosci, powyzej ktorego
plamki sa uzywane w procesie udokladniania parametrow crossfire y x xy rozbieznosc i zogniskowanie wiazki
promieniowania X, jaka opuszcza kolimator i pada na krysztal distance odleglosc (w mm) krysztal-detektor write
predictions polecenie, ktore tworzy plik
hklpredictions; plik zawiera pozycje refleksow i jest uzywany do aktualizacji
danych w oknie obrazu. X beam Y beam polozenie (w mm) sladu wiazki
pierwotnej: - od gornej krawedzi skanowanego
obszaru (Y beam) cassette rotx roty rotz katowe odchylenia od zera,
definiujace orientacje plyty detektora fix cassette rotx roty program przyjmuje wartosci jakie
zostaly wczesniej podane dla cassette rotx roty i nie bedzie ich na razie
zmienial (polecenie fix) space
group grupa przestrzenna badanego krysztalu unit cell parametry
komorki elementarnej crystal rotx roty rotz definiuje orientacje krysztalu
podajac obroty wzgledem orientacji okreslonej wektorami sieci odwrotnej jako
vertical axis i spindle axis print
zones polecenie wypisania alternatywnych (symetrycznie
rownowaznych) wartosci crystal rotx roty rotz Title ‘lizozym’ tytul sector zakres obrazow, jakie bedziesz
analizowal oscillation start oscillation range wraz z wczesniejsza komenda podaje zakres
oscylacji krysztalu podczas eksperymentu raw data file wzor nazwy pliku, z ktorego wezmiesz
dane do wykonania cwiczenia film output file wzor nazwy jaka bedzie mial plik,
ktory otrzymasz na koncu cwiczenia box
print definiuje (w mm) rozmiar “ramki”, w
ktorej mierzone jest tlo i intensywnosc plamki ovelap
spot sprawdza, czy punkty nalezace do
plamek (piksele) sasiadujacych refleksow nie pokrywaja sie spot
elliptical rozmiar plamki i jej ksztalt jako
elipsy Dwie pierwsze wartosci okreslaja (w mm) polosie elipsy a trzecia kat
(w kierunku wskazowek zegara) pomiedzy glowna polosia elipsy a poziomem background
elliptical definiuje rozmiar i ksztalt tla wokol
plamki w taki sam sposob jak spot elliptical resolution
limits zakres rozdzielczosci (A) peak search file peaks. file plik peaks.file jest tworzony przez
program dzialajacy w oknie obrazu fit crystal rotx roty rotz wszystkie te polecenia dotycza
udokladniania fit x beam y beam wartosci wielkosci jakie nastepuja po
fit fit cell [fit distance] [fit crossfire x y xy] [fit radial offset angular offset] [fit cassette rotx roty] Polecenia podane w nawiasach kwadratowych
sa dla programu “niewidoczne”. Nawiasow uzyto poniewaz niektore parametry sa
ze soba skorelowane i nie mozna ich z poczatku udokladniac jednoczesnie. go nakazuje programowi wykonanie jednego
cyklu obliczen Niektore wartosci w tym pliku sa juz
wpisane, inne wpiszesz sam. Poniewaz nie znasz grupy przestrzennej,
parametrow komorki i orientacji krysztalu, polecenia odnoszace sie do tych
parametrow bierzesz na poczatku w nawias kwadratowy. Pwinno to wygladac tak: [space group] [unit cell] [crystal rotx roty rotz] Wpisz rowniez nastepujace wstepne
wartosci przy odpowiednich poleceniach: resolution limits 40.0 3.0 mosaicity 0.4 spot elliptical 0.6 0.6 0.0 background elliptical 0.7 0.7 0.0 Czy potrafisz wyjasnic, co oznaczaja te
wartosci? Teraz wybierz file, a z tabelki, ktora sie utworzy wybierz save. W ten sposob zapamietales zmiany, jakich
dokonales w pliku lizozym.dat. Mozesz zmniejszyc okno edytora do ikony. Wracasz do okna obrazu i srodkowym
klawiszem myszy wybierasz Peak Search. Program
analizuje caly obraz i szuka w nim pikow. Obserwujesz pojawienie sie na calej
powierzchni malych okregow tam, gdzie cos znalazl. Polecenie, ktore uruchomiles
nie tylko zaznaczylo znalezione piki w oknie obrazu, ale zapisalo je rowniez w
postaci pliku peaks.file. Na podstawie jego zawartosci program DENZO bedzie mogl rozpoczac dzialanie. Z boku po prawej stronie pojawi sie
liczba pikow jakie zostaly znalezione. Jesli jest ich okolo 100-300, wybierz OK
(pod spodem). W polu jakie powstanie, bedziesz mogl obserwowac rozdzielczosc w
miejscu wskazanym przez kursor. Teraz pora na uruchomienie programu.
Okno (dowolne), z ktorego uruchomisz program bedzie odtad nosilo nazwe okna "denzo": valine 1% denzo [enter] Komputer wyswietla “wizytowke”
programu. Zielony prostokat na koncu oznacza, ze program czeka na twoje polecenia.
@lizozym.dat [enter] Program zaczyna dzialac w oparciu o komendy
zawarte w pliku lizozym.dat. Program wybiera plamki, ktore spelniaja
warunki jakie podales w lizozym.dat (rozdzielczosc, mozaikowatosc, itp.), co
mozesz obserwowac w oknie obrazu (pojawiaja sie zielone kolka). Po chwili w oknie denzo zobaczysz szereg
wynikow (zeby je wszystkie obejrzec mozesz skorzystac z “windy”). Najpierw
widzisz to co program znalazl w pliku lizozym.dat i wiele innych wartosci,
ktorych nie znalazl wiec sie “domyslil” (wartosci ”default”) . Potem widzisz fragment, ktory w tym
momencie najbardziej Cie interesuje: propozycje typow
sieci Bravais ulozone od najwyzszej do najnizszej symetrii. Po nazwie
typu komorki, umieszczona jest nazwa typu sieci, a nastepnie wyrazona w
procentach wartosc niedopasowania sieci Twojego krysztalu do sieci, ktora
zaproponowal program. Dalej znajduja sie rzeczywiste parametry komorki
krysztalu, a ponizej parametry komorki dopasowane do danej sieci. Do Twoich danych (kazdych danych)
zawsze bedzie pasowal uklad trojskosny, o najnizszej symetrii. Byc moze jednak
mozesz dopasowac do nich uklad o wyzszej symetrii, majacy mozliwy do
zaakceptowania procent niedopasowania (mniej niz 1%).
Analizujesz pod tym katem propozycje programu. Wybierasz typ sieci o mozliwie
najwyzszej symetrii. Otwierasz okno edytora i wpisujesz po komendzie space
group symbol grupy przestrzennej, pamietajac o tym, ze bialka sa czasteczkami
chiralnymi. Przy wpisywaniu osi srubowych, np. 31, piszesz 31.
Usuwasz rowniez nawias kwadratowy przed i po komendzie space group. Wybierasz file, a potem save. Teraz program juz zna grupe
przestrzenna i dla tej grupy wykona obliczenia jeszcze raz. Wracasz do okna denzo i wpisujesz: @lizozym.dat [enter] Program wyswietla dane. Tym razem interesuja
Cie wartosci, ktorych brakuje w pliku lizozym.dat (odnoszace sie do polecen
umieszczonych w nawiasach kwadratowych). Odszukujesz wiec wartosci dotyczace: - unit cell - crystal rotx roty rotz Przechodzisz do okna edytora i wpisujesz
w odpowiednich miejscach odczytane wartosci. Usuwasz tez przy tych poleceniach
nawiasy kwadratowe. Natomiast przy komendzie peak search file peaks.file wstawiasz nawiasy kwadratowe. Wybierasz file, potem save i
zmniejszasz okno edytora. Przechodzisz do okna obrazu. Wybierasz
w nim polecenie Zoom Wind. Na oknie obrazu, pojawia sie mniejsze okno zwane
dalej oknem powiekszenia. Na razie nic w nim nie widzisz. Ustawiasz je tak aby
nie nakladalo sie na okno obrazu. Wybierasz srodkowym klawiszem myszy fragment
z okna obrazu. Ten fragment, w powiekszeniu, pojawia sie w oknie ”zoom”. Mozesz
go dalej powiekszac wybierajac Zoom in, jesli chcesz troche obraz pomniejszyc
wybierasz Zoom out. Aby w oknie zoom scentrowac obraz na danym punkcie (to
znaczy ustawic obraz tak aby wybrany punkt byl na srodku) wybierasz go
srodkowym klawiszem myszy. Mozesz teraz wybrac polecenie Int.box. Wybierajac je
po raz pierwszy zobaczysz wokol widocznych wczesniej zielonych okregow bialy
kwadrat, ktory reprezentuje zdefiniowane w lizozym.dat box print. Widzisz
rowniez dwa biale postrzepione kontury reprezentujace spot elliptical i
background elliptical. Powieksz rysunek aby zobaczyc to dokladniej. Powtorne
wybranie Int.box powoduje zmiane konturu (spot elliptical) na czerwony. Kolejne
nacisniecie tego polecenia daje powrot do stanu poczatkowego (zielone kolka). Jesli wybierzesz jakas plamke, to w
lewym gornym rogu okna zoom mozesz zobaczyc jej wskazniki. Jezeli obejrzales
plamki i zielone kolka znajduja sie na plamkach a nie obok, mozesz zmniejszyc
okno zoom i przejsc do okna denzo. Pod zestawem sieci jakie zaproponowal
program, znajduje sie podsumowanie, w ktorym zawarte sa m.in. lista
udokladnianych parametrow oraz ich wartosci, liczba plamek jakich uzyto w
procesie udokladniania (spots refined, partiality refinement),wartosc chi **2
dla polozen x i y plamek, oraz przewidywany wzrost tej wartosci w nastepnym
cyklu (pred.decrease). Chcesz, aby ten wzrost byl rowny zeru
(kiedy bedziesz wykonywal nastepne polecenia rowniez bedziesz chcial osiagnac
wartosc zero). Aby to osiagnac wpisujesz kilkakrotnie w oknie denzo: go go go go go [enter] Jesli to nie wystarczylo, wpisz jeszcze
pare razy go. W tym czasie obserwujesz
pojawienie sie w oknie obrazu nowych malych koleczek, do tego najprawdopodobniej
w roznych kolorach. Kolor zielony oznacza piki calkowicie
zarejestrowane, zolty czesciowo, czerwony takie, ktore nie moga byc uzyte przez
program (np. pokrywaja sie). Na monitorze widzisz jeszcze wiele nie pokrytych
koleczkami plamek. Aby program mogl ich uzyc w obliczeniach, musisz zwiekszyc
rozdzielczosc. W tym celu w oknie denzo wpisujesz: res 30.0 2.2 [enter] go go go go go [enter] Co obserwujesz? Powinienes zobaczyc, ze: zwiekszyla sie
liczba plamek pokrytych kolkami (obserwujesz, to zarowno w oknie obrazu jak i w
oknie denzo, w liniach opisujacych liczbe uzytych w obliczeniach plamek). Jesli
wyniki statystycznych obliczen sa wlasciwe (pred.decrease wynosi zero) mozesz
dalej zwiekszyc rozdzielczosc, jesli nie, wpisz tyle razy polecenie go ile razy to bedzie konieczne. Mozesz dalej zwiekszac rozdzielczosc
wpisujac: res 30.0 1.8 [enter] go go go go go [enter] Przeprowadz analogiczne jak poprzednio
obserwacje. Przypomnij sobie jaka rozdzielczosc mial kursor. Wpisz: res 30.0 1.6 [enter] go go go go go [enter] Sprawdz wszystko tak jak przy
wczesniejszych poleceniach. Parametry i orientacja krysztalu zaleza
tez od parametrow dotyczacych pomiaru, dlatego musisz udokladnic rowniez te
wielkosci. Wpisujesz wiec, w oknie denzo: fit crossfire x y xy [enter] go go go go go [enter] Sprawdzasz wartosci: chi **2 dla
polozen x i y plamek, oraz przewidywany wzrost tej wartosci w nastepnym cyklu
(pred.decrease). Jezeli to konieczne powtarzasz polecenie go go go go go. Teraz mozesz udokladnic orientacje
kasety, wpisz: fit cassette rotx roty [enter] go go go go go [enter] Postepuj analogicznie jak poprzednio. Nastepnie
wpisz: fit radial offset angular offset [enter] go go go go go [enter] Sprawdz wartosc pred.decrease. Jesli to
potrzebne powtorz polecenie go go go go go.
Potem
wpisz: fit distance [enter] go go go go go [enter] Jesli to potrzebne powtarzasz polecenie
go go go go go (byc moze kilkakrotnie). Spojrzyj teraz w okno obrazu. Mimo, ze
analiza objela caly obraz, nadal pozostaja plamki nie pokryte koleczkami. Moze
to byc zwiazane z wyzsza mozaikowatoscia krysztalu (wyzsza niz zapisales w
pliku lizozym.dat). Jesli zwiekszysz mozaikowatosc, byc moze uda Ci sie
przykryc plamki, ktore pozostaja wolne.Wpisz wiec w oknie denzo: mosaicity 0.5 [enter] go go go go go [enter] Sprawdz, o ile wiecej refleksow uzyl
program do obliczen. Czy refleksy, na ktorych Ci zalezalo maja teraz swoje
kolka? Jesli nie, mozesz sprobowac wpisac wyzsza wartosc mozaikowatosci: mosaicity 0.6 [enter] go go go go go [enter] Czy twoje plamki zostaly pokryte
koleczkami? Jesli nie, to byc moze plamki te powstaly przypadkowo, a Ty
niepotrzebnie zwiekszyles mozaikowatosc (im nizsza tym lepiej). Jesli tak jest,
mozesz sprobowac zmniejszyc mozaikowatosc wpisujac: mosaicity 0.3 [enter] go go go go go [enter] Sprawdz jak zmienila sie liczba plamek
wzietych do obliczen, czy sa widoczne jakies nowe wyrazne plamki bez kolek?
Jesli nie zauwazyles nic niepokojacego mozesz pozostawic taka wartosc i zajac
sie ksztaltem plamek. Jesli wybierzesz wyrazna duza plamke i
obejrzysz ja w oknie powiekszenia, zauwazysz, ze kontury, ktore zaproponowal
program (na podstawie wartosci zapisanych w lizozym.dat) roznia sie od ksztaltu
plamki. Ksztalt plamki i zwiazany z nia ksztalt
tla mozesz zmieniac wydajac odpowiednie polecenia. Powinienes dobrac optymalny
rozmiar, zmiany mozesz sledzic w oknie powiekszenia. Jesli obszar plamki jest
zbyt maly, wpisz np.: spot elliptical 0.8 0.8 0.0 [enter] background elliptical 0.9 0.9 0.0 [enter] go go go go go [enter] Czy obszar jest teraz lepiej
dopasowany? Sprawdz inne plamki. Jesli natomiast rozmiary zdefiniowane w
pliku lizozym.dat sa zbyt duze wpisz: spot elliptical 0.5 0.5 0.0 [enter] background elliptical 0.6 0.6 0.0 [enter] go go go go go [enter] Jezeli teraz rozmiary plamki sa lepiej
dopasowane mozesz zostawic te wartosc. W ten sposob zrobiles juz wszystko co
nalezalo i wpisujesz w oknie denzo: calculate go [enter] To polecenie konczy obliczenia, program
wyswietla to co udokladniles. Celem cwiczenia bylo wyznaczenie
intensywnosci refleksow, macierzy orientacji i grupy przestrzennej krysztalu.
Wyznaczone i udokladnione podczas cwiczenia interesujace Cie wartosci znajduja
sie w pliku lizozym_001.x (sprawdz w opisie zbioru lizozym.dat). Mozesz go
obejrzec. Powieksz okno edytora. Wybierz file, potem open, z tabelki
jaka powstanie wybierz lizozym_001.x, a nastepnie znajdujace sie ponizej
polecenie Accept. Zbior lizozym_001.x zostanie wyswietlony w oknie edytora. Pierwsza linijka tego zbioru to nazwa
jakiej uzyles w pliku lizozym.dat. Ponizej znajduja sie dwie macierze, po lewej
stronie macierz orientacji a, ktora zawiera informacje o orientacji i
parametrach komorki danego krysztalu. Sa one opisane za pomoca skladowych
wektorow sieci odwrotnej. Druga macierz (u) nie jest Ci potrzebna. Pod
nimi znajduja sie informacje dotyczace pewnych warunkow eksperymentu, dalej
znajduje sie lista zarejestrowanych refleksow. Pierwsze trzy kolumny to
wskazniki refleksow (h,k,l), o intensywnosci refleksow (w zaleznosci od sposobu
obliczania) informuja kolumny piata i szosta, kolumna siodma natomiast podaje
odchylenia standardowe wyznaczonej intensywnosci. Pozostalymi wartosciami nie musisz sie
interesowac. Pod lista refleksow, na koncu, znajduja
sie udokladnione przez Ciebie wartosci parametrow komorki elementarnej
krysztalu. Kiedy juz zakonczyles ogladanie zbioru,
mozesz zakonczyc cwiczenie. W tym celu otworz w oknie edytora zbior
lizozym.dat (wybierz file potem open z utworzonej tabelki lizozym.dat, a potem
accept) i wpisz do niego wszystkie udokladnione przez siebie wartosci (mozesz
je odczytac w oknie denzo). Wpisujesz wiec nowe wartosci przy poleceniach: radial offset angular offset, mosaicity, crossfire x y xy, distance,
cassette rotx roty rotz, space group, unit cell, crystal rotx roty rotz, spot
elliptical, background elliptical, resolution limits. Po wpisaniu nowych wartosci wybierasz file potem save a
pozniej exit. W oknie denzo wpisujesz quit. Aby
zamknac pozostale okna wybierasz znak “minus”, ktory znajduje sie po prawej
stronie, na gorze kazdego okna, a z tworzacej sie tabelki wybierasz close. Okno denzo zamykasz w taki sam sposob. Ze
znajdujacego sie w lewym gornym rogu tabelki wybierasz polecenie desktop, a z
utworzonej drugiej tabelki Log out. W tym
momencie pojawia sie rubryka z pytaniem czy chcesz sie wylogowac. Wybierasz
odpowiedz Yes i w ten sposob konczysz cwiczenie. opracowala Dominika Borek