リボン図
リボン図（リチャードソン図とも呼ばれる）は、タンパク質構造の3D図式表現であり、今日使用されるタンパク質描写の最も一般的な方法の1つである。リボンは、タンパク質バックボーンの大まかな経路と組織を3Dで表現し、隣の図でミオグロビンの活性部位に結合した酸素原子を表すボールなど、全体の原子構造の詳細を視覚的に表す枠組みとして機能する。リボン図は、ポリペプチドバックボーンを通る滑らかな曲線を補間することによって生成される。αヘリックスはコイル状のリボンまたは太いチューブとして、βシートは矢印として、非反復コイルまたはループは線または細いチューブとして示される。ポリペプチド鎖の方向は、矢印によって局所的に示され、リボンの長さに沿った色の傾斜によって全体的に示される場合がある。[ 1 ]
リボン図はシンプルでありながら強力で、分子構造の基本構造（ねじれ、折り畳み、展開）を視覚的に表現します。この手法は、タンパク質構造の全体的な構成を巧みに描写し、その三次元的性質を反映し、専門の構造生物学者だけでなく、他の科学者、学生、[ 2 ]、そして一般の人々にとっても、これらの複雑な物体に対する理解を深めることを可能にしました。
歴史
最初のリボン図は、ジェーン・S・リチャードソンが1980年に手描きしたもの（以前の個々のイラストの影響を受けていた）[ 3 ]が、系統的に作成された最初の3Dタンパク質構造の概略図だった。[ 3 ] [ 4 ]これらは、 Advances in Protein Chemistry [ 5 ] （現在、 Wayback MachineのAnatax Archived 2019-03-16で注釈付きオンラインで利用可能）の記事でタンパク質構造の分類を示すために 作成された。これらの図は、原子座標のCαトレースのプリントアウトの上にトレーシングペーパーにペンで輪郭が描かれ、色鉛筆やパステルで陰影が付けられていた。[ 6 ]これらは位置を保存し、バックボーンのパスを滑らかにし、視覚的な外観の曖昧さをなくすために小さな局所的なシフトを組み込んだ。[ 4 ]右のトリオースイソメラーゼのリボンの図の他に、他の手描きの例にはプレアルブミン、フラボドキシン、Cu、Znスーパーオキシドジスムターゼが描かれている。
1982年、アーサー・M・レスクと同僚らは、タンパク質データバンクのファイルを入力として使用する計算実装を通じて、リボン図の自動生成を初めて可能にした。[ 7 ]この概念的に単純なアルゴリズムは、 3次多項式Bスプライン曲線をペプチド平面に当てはめた。現代のグラフィックスシステムのほとんどは、基本的な描画プリミティブとしてBスプラインかエルミートスプラインのいずれかを提供している。スプライン実装の1つのタイプは、各Cαガイドポイントを通過し、正確だが途切れ途切れの曲線を生成する。手描きのリボンとほとんどのコンピュータリボン（ここに示すものなど）はどちらも、約4つの連続するガイドポイント（通常はペプチドの中点）上で平滑化され、視覚的に美しく理解しやすい表現が生成されます。滑らかなβストランドを維持しながららせん状の螺旋に適切な半径を与えるために、スプラインは局所的な曲率に比例したオフセットによって修正することができます。これは、マイク・カーソンがリボンプログラム[ 8 ]用に最初に開発し、後にオープンソースのキネマージグラフィックス用のMageプログラム[ 9 ]などの他の分子グラフィックスソフトウェアに採用されました。Mageプログラムは右上のリボン画像を生成しました（他の例：1XK8トリマーとDNAポリメラーゼ）。
リボン図は、その誕生以来、そして現在に至るまで、タンパク質構造を表す最も一般的な図法であり、雑誌や教科書の表紙画像としてよく選ばれています。
現在のコンピュータプログラム
リボン図を描くのによく使われるプログラムの一つにMolscriptがある。Molscriptはエルミートスプラインを利用してコイル、ターン、ストランド、ヘリックスの座標を作成する。曲線は方向ベクトルに従って全ての制御点（Cα原子）を通過する。このプログラムはArthur M. Lesk、Karl Hardman、John Priestleによって従来の分子グラフィックスをベースに構築された。 [ 10 ] Jmolはウェブ上で分子構造を閲覧するためのオープンソースのJavaベースのビューアで、リボンの簡略化された「漫画」バージョンが含まれている。DeepView（例：ウレアーゼ）やMolMol（例：SH2ドメイン）などの他のグラフィックスプログラムもリボン画像を生成する。KiNG [ 11 ]はMage（例： α溶血素の上面図と側面図） のJavaベースの後継である。
UCSF Chimeraは強力な分子モデリングプログラムであり、リボンなどの視覚化も含まれており、特にクライオ電子顕微鏡データの輪郭線付き形状と組み合わせる機能が優れています。[ 12 ] Warren DeLanoによるPyMOL [ 13 ]は、インタラクティブモードで動作し、リボン図やその他の多くの表現に対してプレゼンテーション品質の2D画像を生成する、人気のある柔軟な分子グラフィックスプログラム（ Pythonベース）です。
特徴
| 二次構造[ 4 ] [ 5 ] | |
|---|---|
| αヘリックス | 円筒形の螺旋リボン。リボンの平面はペプチドの平面とほぼ一致します。 |
| βストランド | 矢印の太さは幅の約 4 分の 1 で、アミノ末端からカルボキシ末端までの鎖の方向とねじれを示しています。β シートは、隣接する鎖が同時にねじれるため、統一されているように見えます。 |
| ループとその他 | |
| 非反復ループ | Cα トレースの滑らかな経路に沿って、前景では太く、後方に向かって細くなる丸いロープ。 |
| ループとヘリックス間の接合 | 徐々に平らになり、細い螺旋状のリボンになる丸いロープ。 |
| その他の機能 | |
| ポリペプチドの方向、 NH 2 およびCOOH末端 | 片方または両方の末端に小さな矢印、または文字が記されています。βストランドの場合は、矢印の方向だけで十分です。現在では、ポリペプチド鎖の方向は色分けで示されることが多いです。 |
| ジスルフィド結合 | 連結された SS シンボル、または様式化された稲妻のようなジグザグ。 |
| 補欠分子族または阻害剤 | 棒人間、またはボールと棒。 |
| 金属 | 球体。 |
| 陰影と色 | 陰影や色は図に立体感を与えます。一般的に、手前にあるものはコントラストが最も高く、奥にあるものはコントラストが最も低くなります。 |
参照
参考文献
- ^ Smith, Thomas J. (2005年10月27日). 「Macintoshでの原子構造の表示と解析」 . ダンフォース植物科学センター. 2002年3月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Richardson, DC; Richardson, JS (2002年1月). 「分子3Dリテラシーの指導」 .生化学と分子生物学教育. 30 (1): 21– 26. doi : 10.1002/bmb.2002.494030010005 .
- ^ a bリチャードソン、ジェーンS.（2000）「タンパク質の初期リボン描画」、ネイチャー構造生物学、7（8）：624–625、doi：10.1038/77912、PMID 10932243、S2CID 52856546 。
- ^ a b cリチャードソン、ジェーンS.（1985）、「タンパク質構造の概略図」、生物学的高分子の回折法パートB、酵素学の方法、第115巻、pp.359-380 、 doi ： 10.1016 /0076-6879（85）15026-3、ISBN 978-0-12-182015-2、PMID 3853075。
- ^ a bリチャードソン、ジェーン・S.（1981）「タンパク質構造の解剖学と分類学」、タンパク質化学の進歩、第34巻、pp. 167-339、doi：10.1016/S0065-3233（08）60520-3、ISBN 978-0-12-034234-1、PMID 7020376。
- ^ 「サイエンス誌の『リボン図の母』がデューク大学で50周年を祝う」デューク・ストーリーズ、2018年10月19日。 2020年6月9日閲覧。
- ^ Lesk, Arthur M.; Hardman, Karl D. (1982)、「コンピューター生成タンパク質構造模式図」、Science、216 (4545): 539– 540、Bibcode : 1982Sci...216..539L、doi : 10.1126/science.7071602、PMID 7071602 。
- ^カーソン、M.; バグ、CE (1986)、「タンパク質のリボンモデルのためのアルゴリズム」、分子グラフィックスジャーナル、4 (2): 121– 122、doi : 10.1016/0263-7855(86)80010-8。
- ^リチャードソン, DC; リチャードソン, JS (1992年1月)、「キネマージュ：科学的コミュニケーションのためのツール」、タンパク質科学、1 (1): 3– 9、doi : 10.1002/pro.5560010102、PMC 2142077、PMID 1304880
- ^ MolScript v2.1: プログラムについて
- ^ Chen, VB; Davis, IW; Richardson, DC (2009)、「KING (Kinemage, Next Generation): 多用途インタラクティブ分子・科学可視化プログラム」、Protein Science、18 (11): 2403– 2409、doi : 10.1002/pro.250、PMC 2788294、PMID 19768809
- ^ Goddard, Thomas D.; Huang, Conrad C.; Ferrin, Thomas E. (2005)、「大規模分子集合体のインタラクティブ可視化のためのUCSF Chimeraのソフトウェア拡張」、Structure、13 (3): 473– 482、doi : 10.1016/j.str.2005.01.006、PMID 15766548 。
- ^ Brunger, Axel T.; Wells, James A. (2009)「Warren L. DeLano、1972年6月21日-2009年11月3日」、Nature Structural & Molecular Biology、16 (12): 1202– 1203、doi : 10.1038/nsmb1209-1202、PMID 19956203 。
