Fugu-MT 論文翻訳(概要): Reflection-Equivariant Diffusion for 3D Structure Determination from Isotopologue Rotational Spectra in Natural Abundance

論文の概要: Reflection-Equivariant Diffusion for 3D Structure Determination from Isotopologue Rotational Spectra in Natural Abundance

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.11609v2
Date: Sun, 19 Nov 2023 22:53:59 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-11-22 17:17:09.489165
Title: Reflection-Equivariant Diffusion for 3D Structure Determination from Isotopologue Rotational Spectra in Natural Abundance
Title（参考訳）: イソトポローグ回転スペクトルによる自然存在量の3次元構造決定のための反射同変拡散
Authors: Austin Cheng, Alston Lo, Santiago Miret, Brooks Pate, Al\'an Aspuru-Guzik
Abstract要約: 我々は、分子の完全な3次元構造を分子式、慣性モーメント、重原子の符号なし置換座標から推定する生成拡散モデルであるKREEDを開発する。 KREEDのトップ1予測では、QM9データセットとGEOMデータセットの98%の精度で正しい3D構造を特定する。文献から得られた実験的な置換座標を用いて、KREEDは33例中25例で正しい全原子3D構造を予測する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 5.585345112578967
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Structure determination is necessary to identify unknown organic molecules, such as those in natural products, forensic samples, the interstellar medium, and laboratory syntheses. Rotational spectroscopy enables structure determination by providing accurate 3D information about small organic molecules via their moments of inertia. Using these moments, Kraitchman analysis determines isotopic substitution coordinates, which are the unsigned $|x|,|y|,|z|$ coordinates of all atoms with natural isotopic abundance, including carbon, nitrogen, and oxygen. While unsigned substitution coordinates can verify guesses of structures, the missing $+/-$ signs make it challenging to determine the actual structure from the substitution coordinates alone. To tackle this inverse problem, we develop KREED (Kraitchman REflection-Equivariant Diffusion), a generative diffusion model that infers a molecule's complete 3D structure from its molecular formula, moments of inertia, and unsigned substitution coordinates of heavy atoms. KREED's top-1 predictions identify the correct 3D structure with >98% accuracy on the QM9 and GEOM datasets when provided with substitution coordinates of all heavy atoms with natural isotopic abundance. When substitution coordinates are restricted to only a subset of carbons, accuracy is retained at 91% on QM9 and 32% on GEOM. On a test set of experimentally measured substitution coordinates gathered from the literature, KREED predicts the correct all-atom 3D structure in 25 of 33 cases, demonstrating experimental applicability for context-free 3D structure determination with rotational spectroscopy.
Abstract（参考訳）: 構造決定は、天然物、法医学的なサンプル、星間物質、実験室合成などの未知の有機分子を特定するために必要である。回転分光は、慣性モーメントを介して小さな有機分子の正確な3次元情報を提供することによって構造決定を可能にする。これらのモーメントを用いて、クラッチマン分析は、炭素、窒素、酸素を含む天然同位体の存在量を持つ全ての原子の非符号の$|x|,|y|,|z|$座標である同位体置換座標を決定する。非符号置換座標は構造の推測を検証することができるが、不足している$+/-$符号は置換座標のみから実際の構造を決定するのに困難である。この逆問題に対処するために、分子の完全な3d構造を分子式、慣性モーメント、重原子の無符号置換座標から推測する生成拡散モデルであるkreed(クラッチマン反射同変拡散)を開発した。 kreed の top-1 予測では、qm9 と geom データセットで 98% 以上の精度で正確な 3d 構造を同定している。置換座標が炭素のサブセットに制限されると、精度はQM9では91%、GEOMでは32%に維持される。文献から収集した置換座標の試験セットにおいて、クリードは33例中25例で正しい全原子3d構造を予測し、回転分光による文脈自由3d構造決定の実験的適用性を示した。

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