Diagrama de cinta
Los diagramas de cinta , también conocidos como diagramas de Richardson , son representaciones esquemáticas en 3D de la estructura de las proteínas y son uno de los métodos más comunes de representación de proteínas que se utilizan en la actualidad. La cinta representa el curso general y la organización de la estructura principal de la proteína en 3D y sirve como marco visual para colgar detalles de toda la estructura atómica, como las bolas para los átomos de oxígeno unidos al sitio activo de la mioglobina en la figura adyacente. Los diagramas de cinta se generan interpolando una curva suave a través de la estructura principal del polipéptido . Las hélices α se muestran como cintas enrolladas o tubos gruesos, las láminas β como flechas y las bobinas o bucles no repetitivos como líneas o tubos delgados. La dirección de la cadena polipeptídica se muestra localmente mediante las flechas y puede indicarse en general mediante una rampa de color a lo largo de la cinta. [1]
Los diagramas de cinta son simples pero poderosos, y expresan los conceptos básicos visuales de una estructura molecular (torsión, plegado y desplegado). Este método ha representado con éxito la organización general de las estructuras de proteínas, reflejando su naturaleza tridimensional y permitiendo una mejor comprensión de estos objetos complejos tanto por parte de biólogos estructurales expertos como de otros científicos, estudiantes [2] y el público en general.
Historia
Los primeros diagramas de cinta, dibujados a mano por Jane S. Richardson en 1980 (influenciados por ilustraciones individuales anteriores), [3] fueron los primeros esquemas de la estructura de proteínas en 3D que se produjeron sistemáticamente. [3] [4] Fueron creados para ilustrar una clasificación de las estructuras de proteínas para un artículo en Advances in Protein Chemistry [5] (ahora disponible en forma anotada en línea en Anatax). Estos dibujos fueron delineados con lápiz sobre papel vegetal sobre una impresión de un trazo Cα de las coordenadas atómicas, y sombreados con lápiz de color o pasteles; [6] conservaron las posiciones, suavizaron la ruta de la cadena principal e incorporaron pequeños cambios locales para desambiguar la apariencia visual. [4] Además del dibujo de cinta de la triosa isomerasa a la derecha, otros ejemplos dibujados a mano representaban prealbúmina, flavodoxina y superóxido dismutasa de Cu,Zn.
En 1982, Arthur M. Lesk y sus colaboradores habilitaron por primera vez la generación automática de diagramas de cinta a través de una implementación computacional que utiliza archivos del Protein Data Bank como entrada. [7] Este algoritmo conceptualmente simple ajusta curvas B-spline polinómicas cúbicas a los planos peptídicos. La mayoría de los sistemas gráficos modernos proporcionan B-splines o splines de Hermite como primitiva de dibujo básica. Un tipo de implementación de spline pasa por cada punto guía Cα, produciendo una curva exacta pero entrecortada. Tanto las cintas dibujadas a mano como la mayoría de las cintas de computadora (como las que se muestran aquí) se suavizan sobre aproximadamente cuatro puntos guía sucesivos (generalmente el punto medio del péptido) para producir una representación visualmente más agradable y comprensible. Para dar el radio correcto a las espirales helicoidales mientras se preservan las hebras β suaves, las splines se pueden modificar con desplazamientos proporcionales a la curvatura local, como lo desarrolló primero Mike Carson para su programa Ribbons [8] y luego fue adoptado por otro software de gráficos moleculares, como el programa de código abierto Mage para gráficos de cinemage [9] que produjo la imagen de cinta en la parte superior derecha (otros ejemplos: trímero 1XK8 y ADN polimerasa).
Desde sus inicios y hasta el presente, los diagramas de cinta han sido la representación más común de la estructura de las proteínas y una opción habitual como imagen de portada para una revista o un libro de texto.
Programas informáticos actuales
Un programa popular utilizado para dibujar diagramas de cinta es Molscript. Molscript utiliza splines de Hermite para crear coordenadas para bobinas, giros, hebras y hélices. La curva pasa por todos sus puntos de control ( átomos de Cα ) guiados por vectores de dirección. El programa fue creado con base en gráficos moleculares tradicionales por Arthur M. Lesk , Karl Hardman y John Priestle. [10] Jmol es un visor basado en Java de código abierto para explorar estructuras moleculares en la web; incluye una versión "animada" simplificada de cintas. Otros programas de gráficos como DeepView (ejemplo: ureasa) y MolMol (ejemplo: dominio SH2) también producen imágenes de cinta. KiNG [11] es el sucesor basado en Java de Mage (ejemplos: vista superior y vista lateral de α-hemolisina).
UCSF Chimera es un potente programa de modelado molecular que también incluye visualizaciones como cintas, notable especialmente por la capacidad de combinarlas con formas contorneadas a partir de datos de microscopía crioelectrónica . [12] PyMOL , de Warren DeLano , [13] es un programa de gráficos moleculares popular y flexible (basado en Python ) que opera en modo interactivo y también produce imágenes 2D con calidad de presentación para diagramas de cinta y muchas otras representaciones.
Características
| Estructura secundaria [4] [5] | |
|---|---|
| α-Hélices | Cintas espirales cilíndricas, con el plano de la cinta siguiendo aproximadamente el plano de los péptidos. |
| Cadenas β | Flechas con un grosor de aproximadamente un cuarto de su ancho, que muestran la dirección y la torsión de la hebra desde el extremo amino al carboxi. Las láminas β se ven unificadas porque las hebras vecinas se retuercen al unísono. |
| Bucles y varios | |
| Bucles no repetitivos | Cuerdas redondas más gruesas en primer plano y más delgadas hacia atrás, siguiendo la trayectoria suavizada del trazo Cα. |
| Uniones entre bucles y hélices | Cuerda redonda que se aplana gradualmente hasta formar una fina cinta helicoidal. |
| Otras características | |
| Dirección del polipéptido, Terminales NH2 y COOH | Flechas pequeñas en uno o ambos extremos o letras. En el caso de las cadenas β, la dirección de la flecha es suficiente. En la actualidad, la dirección de la cadena polipeptídica suele indicarse mediante una rampa de color. |
| Enlaces disulfuro | Símbolo SS entrelazado o en zigzag, como un rayo estilizado. |
| Grupos protésicos o inhibidores | Figuras de palitos, o bolas y palitos . |
| Rieles | Esferas. |
| Sombreado y color | El sombreado o el color añaden dimensionalidad al diagrama. Por lo general, las características de la parte frontal son las que presentan mayor contraste y las de la parte posterior, las que presentan menor contraste. |
Véase también
Referencias
- ^ Smith, Thomas J. (27 de octubre de 2005). "Visualización y análisis de estructuras atómicas en Macintosh". Centro de Ciencias Vegetales de Danforth. Archivado desde el original el 28 de marzo de 2002.
- ^ Richardson, DC; Richardson, JS (enero de 2002). "Enseñanza de la alfabetización molecular en 3D". Educación en bioquímica y biología molecular . 30 (1): 21–26. doi : 10.1002/bmb.2002.494030010005 .
- ^ ab Richardson, Jane S. (2000), "Dibujos de cintas tempranas de proteínas", Nature Structural Biology , 7 (8): 624–625, doi :10.1038/77912, PMID 10932243, S2CID 52856546.
- ^ abc Richardson, Jane S. (1985), "Dibujos esquemáticos de estructuras de proteínas", Métodos de difracción para macromoléculas biológicas Parte B, Métodos en enzimología, vol. 115, págs. 359–380, doi :10.1016/0076-6879(85)15026-3, ISBN 978-0-12-182015-2, PMID3853075 .
- ^ ab Richardson, Jane S. (1981), "La anatomía y taxonomía de la estructura de las proteínas", Anatomía y taxonomía de las estructuras de las proteínas , Advances in Protein Chemistry, vol. 34, págs. 167–339, doi :10.1016/S0065-3233(08)60520-3, ISBN 978-0-12-034234-1, PMID7020376 .
- ^ "La 'madre de los diagramas de cinta' de la ciencia celebra 50 años en Duke". Historias de Duke . 2018-10-19 . Consultado el 2020-06-09 .
- ^ Lesk, Arthur M.; Hardman, Karl D. (1982), "Diagramas esquemáticos generados por computadora de estructuras de proteínas", Science , 216 (4545): 539–540, Bibcode :1982Sci...216..539L, doi :10.1126/science.7071602, PMID 7071602.
- ^ Carson, M.; Bugg, CE (1986), "Algoritmo para modelos de cinta de proteínas", Journal of Molecular Graphics , 4 (2): 121–122, doi :10.1016/0263-7855(86)80010-8.
- ^ Richardson, DC; Richardson, JS (enero de 1992), "El kinemage: una herramienta para la comunicación científica", Protein Science , 1 (1): 3–9, doi :10.1002/pro.5560010102, PMC 2142077 , PMID 1304880
- ^ MolScript v2.1: Acerca del programa
- ^ Chen, VB; Davis, IW; Richardson, DC (2009), "KING (Kinemage, Next Generation): un programa de visualización científica y molecular interactivo versátil", 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), "Extensiones de software para UCSF Chimera para la visualización interactiva de grandes conjuntos moleculares", 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, 21 de junio de 1972-3 de noviembre de 2009", Nature Structural & Molecular Biology , 16 (12): 1202–1203, doi : 10.1038/nsmb1209-1202 , PMID 19956203.
