Схема ленты - Ribbon diagram
Ленточные диаграммы , также известные как диаграммы Ричардсона , представляют собой трехмерные схематические представления структуры белка и являются одним из наиболее распространенных методов изображения белков, используемых сегодня. Лента показывает общий путь и организацию белкового каркаса в 3D и служит визуальной рамкой, на которой можно вешать детали полной атомной структуры, такие как шары для атомов кислорода, связанных с активным участком миоглобина в соседнем изображение. Ленточные диаграммы генерируются путем интерполяции плавной кривой через основу полипептида . α-спирали показаны в виде скрученных лент или толстых трубок, β-нити - стрелками, а неповторяющиеся витки или петли - линиями или тонкими трубками. Направление полипептидной цепи локально показано стрелками и может быть обозначено в целом шкалой цвета по длине ленты.
Ленточные диаграммы просты, но эффективны, они отображают визуальные основы молекулярной структуры (скручивание, складывание и разворачивание). Этот метод успешно изобразил общую организацию белковых структур, отражая их трехмерную природу и позволяя лучше понять эти сложные объекты как опытным структурным биологам, так и другим ученым, студентам и широкой публике.
История
Первые ленточные диаграммы, нарисованные от руки Джейн С. Ричардсон в 1980 году (под влиянием более ранних отдельных иллюстраций), были первыми схемами трехмерной структуры белка, которые систематически создавались. Они были созданы, чтобы проиллюстрировать классификацию белковых структур для статьи в Advances in Protein Chemistry (теперь доступной в аннотированной форме на сайте Anatax ). Эти рисунки были обведены пером на кальке поверх распечатки Cα- следа атомных координат и заштрихованы цветным карандашом или пастелью; они сохранили позиции, сгладили магистральный путь и включили небольшие локальные сдвиги, чтобы устранить неоднозначность внешнего вида. Помимо рисунка ленты триозоизомеразы справа, другие нарисованные от руки примеры изображали преальбумин , флаводоксин и Cu, Zn-супероксиддисмутазу .
В 1982 году Артур М. Леск и его сотрудники впервые включили автоматическое создание ленточных диаграмм с помощью вычислительной реализации, которая использует файлы банка данных Protein в качестве входных. Этот концептуально простой алгоритм подгоняет кубические полиномиальные B-сплайновые кривые к пептидным плоскостям. Большинство современных графических систем предоставляют либо B-шлицы, либо шлицы Эрмита в качестве базового примитива рисования. Один тип реализации сплайна проходит через каждую направляющую точку Cα, создавая точную, но прерывистую кривую. И нарисованные от руки, и большинство компьютерных лент (например, показанные здесь) сглаживаются примерно по четырем последовательным направляющим точкам (обычно по средней точке пептида), чтобы получить более визуально приятное и понятное изображение. Чтобы задать правильный радиус винтовой спирали при сохранении гладких β-нитей, шлицы можно модифицировать смещениями, пропорциональными локальной кривизне, как сначала разработал Майк Карсон для его программы Ribbons, а затем адаптировал с помощью другого программного обеспечения для молекулярной графики, такого как open - исходная программа Mage для графики kinemage, которая произвела изображение ленты вверху справа (другие примеры: тример 1XK8 и ДНК-полимераза ).
С момента их создания и по настоящее время ленточные диаграммы были единственным наиболее распространенным представлением структуры белка и обычным выбором изображения обложки для журнала или учебника.
Текущие компьютерные программы
Одна популярная программа, используемая для рисования ленточных диаграмм, - это Molscript . Molscript использует шлицы Hermite для создания координат витков, витков, нитей и спиралей. Кривая проходит через все свои контрольные точки ( атомы Cα ), ориентируясь по векторам направления. Программа была построена на основе традиционной молекулярной графики Артуром М. Леском , Карлом Хардманом и Джоном Пристлом. Jmol - это программа просмотра на основе Java с открытым исходным кодом для просмотра молекулярных структур в сети; он включает упрощенную "мультяшную" версию лент. Другие графические программы, такие как DeepView (пример: уреаза ) и MolMol (пример: домен SH2 ), также создают ленточные изображения. KiNG является Java на основе преемником Mage (примеры: α-гемолизина вид сверху и вид сбоку ).
UCSF Chimera - это мощная программа молекулярного моделирования, которая также включает в себя визуализации, такие как ленты, примечательные особенно способностью комбинировать их с контурными формами из данных криоэлектронной микроскопии . PyMOL от Уоррена ДеЛано - популярная и гибкая программа молекулярной графики (основанная на Python ), которая работает в интерактивном режиме, а также создает 2D-изображения презентационного качества для ленточных диаграмм и многих других представлений.
Функции
| Вторичная структура | |
|---|---|
| α-спирали | Цилиндрические спиральные ленты, плоскость которых примерно повторяет плоскость пептидов. |
| β-нити | Стрелки толщиной примерно в четверть их ширины показывают направление и изгиб нити от аминогруппы к карбоксильному концу. β-листы считаются едиными, потому что соседние нити скручиваются в унисон. |
| Петли и прочее | |
| Неповторяющиеся петли | Круглые веревки, которые толще на переднем плане и тоньше к спине, следуя сглаженной траектории следа Cα. |
| Переходы между петлями и спиралями | Круглая веревка, которая постепенно превращается в тонкую спиральную ленту. |
| Другие особенности | |
| Полипептидное направление,
Концы NH 2 и COOH |
Маленькие стрелки на одном или обоих концах или буквах. Для β-нитей достаточно направления стрелки. Сегодня направление полипептидной цепи часто указывается с помощью цветовой шкалы. |
| Дисульфидные связи | Переплетенный символ СС или зигзаг, похожий на стилизованный удар молнии. |
| Протезные группы или ингибиторы | Фигурки из палочек или мяч и клюшка . |
| Металлы | Сферы. |
| Затенение и цвет | Затенение или цвет добавляют диаграмме объемности. Как правило, элементы спереди наиболее контрастны, а элементы сзади - минимальны. |