Pás karet diagram - Ribbon diagram

Pás karet diagram myoglobin vázán haem (tyčinky) a kyslík (červené koule) (PDB: 1 MBO​)

Pásové diagramy, také známý jako Richardsonovy diagramy, jsou 3D schematické znázornění proteinová struktura a jsou jednou z nejběžnějších metod zobrazování proteinů, které se dnes používají. Pás karet zobrazuje celkovou cestu a organizaci proteinové páteře ve 3D a slouží jako vizuální rámec, na kterém lze zavěsit detaily celé atomové struktury, jako jsou koule pro atomy kyslíku navázané na aktivní místo myoglobinu v sousedním obraz. Pásové diagramy jsou generovány interpolací hladké křivky skrz polypeptid páteř. α-šroubovice jsou zobrazeny jako stočené pásky nebo silné trubky, β-řetězce jako šipky a neopakující se cívky nebo smyčky jako čáry nebo tenké trubice. Směr polypeptidový řetězec je místně zobrazen šipkami a může být celkově indikován barevnou rampou podél délky pásky.[1]

Pásové diagramy jsou jednoduché, ale výkonné a vyjadřují vizuální základy molekulární struktury (kroucení, skládání a rozkládání). Tato metoda úspěšně vykreslila celkovou organizaci proteinových struktur, odrážející jejich trojrozměrný charakter a umožňující lepší pochopení těchto složitých objektů jak odbornými strukturálními biology, tak dalšími vědci, studenty,[2] a širokou veřejnost.

Schéma pásu karet z triose P isomerase monomer (ručně tažený J. Richardson, 1981) (PDB: 1ČAS​)

Dějiny

První pásové diagramy, ručně nakreslené Jane S.Richardson v roce 1980 (ovlivněno dřívějšími individuálními ilustracemi)[3], byly prvními schématy 3D proteinové struktury, které byly systematicky vytvářeny.[3][4] Byly vytvořeny pro ilustraci klasifikace proteinových struktur pro článek v Pokroky v chemii proteinů[5] (nyní k dispozici v anotované formě online na adrese Anatax ). Tyto kresby byly nakresleny perem na pauzovacím papíru přes výtisk a Ca stopa atomových souřadnic a zastíněna barevnou tužkou nebo pastely[6]; zachovali polohy, vyhladili páteřní cestu a začlenili malé místní posuny, aby rozeznali vizuální vzhled.[4] Stejně jako kresba pásu triózy izomerázy vpravo jsou zobrazeny další ručně kreslené příklady prealbumin, flavodoxin, a Cu, Zn superoxiddismutáza.

V roce 1982 Arthur M. Lesk a spolupracovníci nejprve povolili automatické generování páskových diagramů prostřednictvím výpočetní implementace, která používá Proteinová datová banka soubory jako vstup.[7] Toto koncepčně jednoduché algoritmus vejít se kubický polynom B-spline křivky k peptidovým rovinám. Většina moderních grafických systémů poskytuje buď B-splajny, nebo Hermitské drážkování jako základní kreslicí primitiv. Jeden typ implementace spline prochází každým vodicím bodem Cα a vytváří přesnou, ale trhanou křivku. Ručně tažené i většina počítačových pásek (například ty, které jsou zde ukázány) jsou vyhlazeny kolem čtyř po sobě následujících vodicích bodů (obvykle střed peptidu), aby vytvořily vizuálně příjemnější a srozumitelnější zobrazení. Aby měl šroubovicový spirála správný poloměr při zachování hladkých β-pramenů, mohou být splajny upraveny pomocí offsetů úměrných lokálnímu zakřivení, jak nejprve vyvinul Mike Carson pro svůj program Ribbons[8] a později upraven jiným softwarem pro molekulární grafiku, jako je open-source program Mage pro kinemage grafika[9] který vytvořil obrázek pásu vpravo nahoře (další příklady: 1XK8 zastřihovač a DNA polymeráza ).

Od svého vzniku a pokračování v současnosti jsou stužkové diagramy nejběžnějším znázorněním struktury bílkovin a běžným výběrem titulního obrázku pro časopis nebo učebnici.

Aktuální počítačové programy

PyMol stuha struktury buclatý bílkoviny (PDB: 1C8Z​)

Jeden populární program používaný pro kreslení diagramů pásu karet je Molscript. Molscript využívá Hermitské drážkování k vytvoření souřadnic pro cívky, otáčky, prameny a šroubovice. Křivka prochází všemi svými kontrolními body (atomy Ca) vedenými směrovými vektory. Program byl postaven na základě tradiční molekulární grafiky společností Arthur M. Lesk, Karl Hardman a John Priestle.[10] Jmol je open-source prohlížeč založený na prostředí Java pro procházení molekulárních struktur na webu; obsahuje zjednodušenou „karikaturní“ verzi stužek. Jiné grafické programy, například DeepView (příklad: ureáza ) a MolMol (příklad: SH2 doména ) také vytvářejí obrázky pásu karet. Král[11] je nástupcem Mage založeného na Javě (příklady: Pohled shora na α-hemolyzin a boční pohled ).

UCSF Chimera je výkonný program molekulárního modelování, který také zahrnuje vizualizace jako stužky, pozoruhodné zejména schopností kombinovat je s tvarovanými tvary z kryoelektronová mikroskopie data.[12] PyMOL tím, že Warren DeLano,[13] je populární a flexibilní program molekulární grafiky (založený na Krajta ), který pracuje v interaktivním režimu a také vytváří 2D obrázky v prezentační kvalitě pro pásové diagramy a mnoho dalších zobrazení.

Funkce

Stuhy se spirálovou spirálou, šípy s beta vlákny a vyhlazené smyčky, ručně tažené Jane Richardsonovou
Sekundární struktura[4][5]
α-HelicesVálcové spirálové pásky s rovinou pásky přibližně za rovinou peptidů.
β-pramenyŠipky s tloušťkou, zhruba o čtvrtinu tak silné, jak jsou široké, ukazující směr a kroucení vlákna od amino ke karboxy konci. β-listy jsou považovány za sjednocené, protože sousední prameny se kroutí souběžně.
Smyčky a různé
Neopakující se smyčkyKulatá lana, která jsou v popředí tlustší a směrem dozadu tenčí, sledují vyhlazenou cestu stopy Ca.
Spoje mezi smyčkami a šroubovicemiKulaté lano, které se postupně zplošťuje do tenké spirálové pásky.
Další funkce
Směr polypeptidů,

NH2 a COOH konce

Malé šipky na jednom nebo obou koncích nebo písmenech. U β-řetězců je směr šipky dostatečný. Dnes je směr polypeptidového řetězce často indikován barevnou rampou.
Disulfidové vazbyPropletený symbol SS nebo cikcak, jako stylizovaný blesk.
Protetické skupiny nebo inhibitoryPanáčky nebo míč a hůl.
KovyKoule.
Stínování a barvaStínování nebo barva dodává diagramu rozměrnost. Obecně jsou rysy vpředu nejvyšší v kontrastu a rysy vzadu jsou nejnižší.

Viz také

Reference

  1. ^ Smith, Thomas J. (27. října 2005). "Zobrazení a analýza atomových struktur v systému Macintosh". Danforth Plant Science Center. Archivovány od originál dne 28. března 2002.
  2. ^ Richardson, D. C .; Richardson, J. S. (leden 2002). „Výuka molekulární 3D gramotnosti“. Výuka biochemie a molekulární biologie. 30 (1): 21–26. doi:10.1002 / bmb.2002.494030010005.
  3. ^ A b Richardson, Jane S. (2000), „Brzy stužkové kresby proteinů“, Přírodní strukturní biologie, 7 (8): 624–625, doi:10.1038/77912, PMID  10932243.
  4. ^ A b C Richardson, Jane S. (1985), „Schematické kresby proteinových struktur“, Metody v enzymologiiMetody v enzymologii, 115: 359–380, doi:10.1016/0076-6879(85)15026-3, ISBN  978-0-12-182015-2, PMID  3853075.
  5. ^ A b Richardson, Jane S. (1981), „Anatomy and Taxonomy of Protein Structure“, Pokroky v chemii proteinůPokroky v chemii proteinů, 34: 167–339, doi:10.1016 / S0065-3233 (08) 60520-3, ISBN  978-0-12-034234-1, PMID  7020376.
  6. ^ „Vědecká‚ matka stuhových diagramů 'slaví 50 let u Dukeho “. Vévodské příběhy. 2018-10-19. Citováno 2020-06-09.
  7. ^ Lesk, Arthur M .; Hardman, Karl D. (1982), „Počítačem generované schematické diagramy proteinových struktur“, Věda, 216 (4545): 539–540, Bibcode:1982Sci ... 216..539L, doi:10.1126 / science.7071602, PMID  7071602.
  8. ^ Carson, M .; Bugg, C. E. (1986), „Algorithm for Ribbon Models of Proteins“, Journal of Molecular Graphics, 4 (2): 121–122, doi:10.1016/0263-7855(86)80010-8.
  9. ^ Richardson, D. C .; Richardson, J. S. (leden 1992), „Kinemage: nástroj pro vědeckou komunikaci“, Věda o bílkovinách, 1 (1): 3–9, doi:10.1002 / pro.5560010102, PMC  2142077, PMID  1304880
  10. ^ MolScript v2.1: O programu
  11. ^ Chen, V. B .; Davis, I. W .; Richardson, D. C. (2009), „KING (Kinemage, Nová generace): Všestranný interaktivní molekulární a vědecký vizualizační program“, Věda o bílkovinách, 18 (11): 2403–2409, doi:10,1002 / pro.250, PMC  2788294, PMID  19768809
  12. ^ Goddard, Thomas D .; Huang, Conrad C .; Ferrin, Thomas E. (2005), „Softwarová rozšíření pro chiméru UCSF pro interaktivní vizualizaci velkých molekulárních sestav“, Struktura, 13 (3): 473–482, doi:10.1016 / j.str.2005.01.006, PMID  15766548.
  13. ^ Brunger, Axel T .; Wells, James A. (2009), „Warren L. DeLano, 21. června 1972 - 3. listopadu 2009“, Přírodní strukturní a molekulární biologie, 16 (12): 1202–1203, doi:10.1038 / nsmb1209-1202, PMID  19956203.