Sección de daño por elementos pesados en proteínas bajo iluminación XFEL

Área de la Ciencia:

• Biología estructural
• La biofísica
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La cristalografía de rayos X de femtosegundos en serie (SFX) utiliza láseres de electrones libres de rayos X (XFEL) para determinar las estructuras biomoleculares.
• Los pulsos XFEL superan el daño de la radiación convencional pero están limitados por el daño electrónico rápido de la ionización.
• La comprensión de la dinámica de ionización es clave para mitigar el daño en la cristalografía XFEL.

Objetivo del estudio:

• Para diferenciar el impacto de varias especies atómicas en la ionización de cristales de proteínas.
• Para cuantificar la contribución de los átomos pesados al daño por radiación en SFX.
• Identificar las energías óptimas de los rayos X para minimizar las cascadas de ionización.

Principales métodos:

• Utilizó un código de plasma para simular las distribuciones de energía de electrones y rastrear la ionización.
• Cascadas de ionización modeladas iniciadas por fotoelectrones de diferentes especies atómicas.
• Se analizó el efecto de los átomos pesados (Z > 10), el azufre y las sales solvatadas en la ionización de los átomos ligeros.

Principales resultados:

• Las pequeñas cantidades de átomos pesados (Z > 10) siembran significativamente cascadas de ionización de electrones, contribuyendo sustancialmente al daño global de la radiación.
• Los átomos de azufre y las sales solvadas en los cristales de proteínas inducen una ionización considerable de los átomos de luz.
• La ionización global alcanza sus máximos a aproximadamente 2 keV por encima de los bordes de absorción de la cáscara interna, iniciando breves cascadas de ionización.

Conclusiones:

• Los elementos pesados, incluso en pequeñas cantidades, influyen críticamente en el daño por radiación en los experimentos XFEL.
• Minimizar el contenido de átomos pesados o seleccionar energías de rayos X apropiadas puede reducir el daño.
• Esta investigación proporciona información para optimizar los parámetros experimentales en la cristalografía XFEL.