Diagrama de cinta

Representación esquemática en 3D de la estructura de la proteína

Diagrama de cinta de mioglobina unida a hemo (palos) y oxígeno (esferas rojas) ( PDB : 1MBO )

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 muestra la ruta general y la organización de la columna vertebral de la proteína en 3D, y sirve como un marco visual en el que colgar detalles de la estructura atómica completa, como las bolas de los átomos de oxígeno unidos al sitio activo de la mioglobina en la zona adyacente. imagen. Los diagramas de cinta se generan interpolando una curva suave a través de la estructura polipeptídica . Las hélices α se muestran como cintas enrolladas o tubos gruesos, hebras βcomo flechas y bobinas o bucles no repetitivos como líneas o tubos delgados. La dirección de la cadena polipeptídica se muestra localmente mediante flechas y puede indicarse en general mediante una rampa de color a lo largo de la longitud de la cinta. ^[1]

Los diagramas de cinta son simples pero poderosos, y expresan los conceptos básicos visuales de una estructura molecular (girar, plegar y desplegar). Este método ha representado con éxito la organización general de las estructuras proteicas, reflejando su naturaleza tridimensional y permitiendo una mejor comprensión de estos objetos complejos tanto por biólogos estructurales expertos como por otros científicos, estudiantes ^[2] y el público en general.

Esquema de cinta del monómero de triosa P isomerasa (dibujado a mano por J. Richardson , 1981) ( PDB : 1TIM )

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 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 a lápiz sobre papel de calco sobre una copia impresa de una traza Cα de las coordenadas atómicas, y sombreados con lápices de colores o pasteles; ^[6]conservaron posiciones, suavizaron el camino de la columna vertebral e incorporaron pequeños cambios locales para eliminar la ambigüedad de la apariencia visual. ^[4] Además del dibujo de la cinta de triosa isomerasa a la derecha, otros ejemplos dibujados a mano mostraban 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 de Protein Data Bank como entrada. ^[7] Este algoritmo, conceptualmente simple , ajusta las curvas B-spline polinomiales cúbicas a los planos peptídicos. La mayoría de los sistemas gráficos modernos ofrecen B-splines o Hermite splinescomo un dibujo básico primitivo. Un tipo de implementación de spline pasa a través de cada punto de 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 en aproximadamente cuatro puntos guía sucesivos (generalmente el punto medio del péptido) para producir una representación más agradable y comprensible visualmente. Para dar el radio correcto para espirales helicoidales mientras se preservan las hebras β suaves, las splines pueden modificarse mediante compensaciones proporcionales a la curvatura local, como lo desarrolló Mike Carson para su programa Ribbons ^[8] y luego fue adaptado por otro software de gráficos moleculares, como como el programa Mage de código abierto para gráficos kinemage ^[9] que produjo la imagen de la cinta en la parte superior derecha (otros ejemplos:Trímero 1XK8 y ADN polimerasa ).

Desde sus inicios, y continuando en el presente, los diagramas de cinta han sido la representación más común de la estructura de las proteínas y una elección común de imagen de portada para una revista o un libro de texto.

Programas informáticos actuales

Cinta PyMol de la estructura de la proteína tubby ( PDB : 1C8Z )

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 ) guiada por vectores de dirección. El programa fue construido sobre la base de gráficos moleculares tradicionales de Arthur M. Lesk , Karl Hardman y John Priestle. ^[10] Jmol es un visor de código abierto basado en Java para explorar estructuras moleculares en la web; incluye una versión simplificada de cintas de "dibujos animados". Otros programas gráficos como DeepView (ejemplo: ureasa ) y MolMol (ejemplo: dominio SH2 ) también producen imágenes de cinta. Rey^[11] es el sucesor de Mage basado en Java (ejemplos: vista superior y vista lateral de α-hemolisina ).

UCSF Chimera es un poderoso programa de modelado molecular que también incluye visualizaciones como cintas, que se destaca especialmente por la capacidad de combinarlas con formas contorneadas 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-Helices	Cintas espirales cilíndricas, con el plano de la cinta aproximadamente siguiendo el plano de los péptidos.
Hebras β	Flechas con un grosor, aproximadamente una cuarta parte del grosor que son anchas, que muestran la dirección y la torsión de la hebra desde el extremo amino hasta el carboxi. Las láminas β se consideran unificadas porque las hebras vecinas se retuercen al unísono.
Bucles y varios
Bucles no repetitivos	Cuerdas redondas que son más gruesas en primer plano y más delgadas hacia atrás, siguiendo una trayectoria suavizada de traza Cα.
Uniones entre bucles y hélices	Cuerda redonda que se aplana gradualmente formando una fina cinta helicoidal.
Otras características
Dirección del polipéptido, Extremos NH 2 y COOH	Pequeñas flechas en uno o ambos términos o letras. Para las cadenas β, la dirección de la flecha es suficiente. Hoy en día, la dirección de la cadena polipeptídica a menudo se indica mediante una rampa de color.
Enlaces disulfuro	Símbolo SS entrelazado o en zigzag, como un relámpago estilizado.
Grupos protésicos o inhibidores	Figuras de palo o pelota y palo .
Rieles	Esferas.
Sombreado y color	El sombreado o el color añaden dimensionalidad al diagrama. Generalmente, las características en la parte delantera son las de mayor contraste y las de la parte trasera son las más bajas.

Ver también

• Gráficos moleculares

Referencias

1. 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.
2. Richardson, DC; Richardson, JS (enero de 2002). "Enseñanza de la alfabetización molecular 3-D" . Educación en Bioquímica y Biología Molecular . 30 (1): 21-26. doi : 10.1002 / bmb.2002.494030010005 .
3. Richardson, Jane S. (2000), "Primeros dibujos en cinta de proteínas", Nature Structural Biology , 7 (8): 624–625, doi : 10.1038 / 77912 , PMID 10932243 .
4. Richardson, Jane S. (1985), "Dibujos esquemáticos de estructuras de proteínas" , Métodos en enzimología , Métodos en enzimología, 115 : 359–380 , doi : 10.1016 / 0076-6879 (85) 15026-3 , ISBN 978-0-12-182015-2, PMID  3853075.
5. Richardson, Jane S. (1981), "Anatomía y taxonomía de las estructuras de proteínas", Avances en la química de las proteínas , Avances en la química de las proteínas, 34 : 167–339, doi : 10.1016 / S0065-3233 (08) 60520-3 , ISBN 978-0-12-034234-1, PMID  7020376.
6. "'Madre de diagramas de cinta' de la ciencia celebra 50 años en Duke" . Historias de Duke . 2018-10-19 . Consultado el 9 de junio de 2020 .
7. 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 .
8. 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.
9. 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  
10. MolScript v2.1: Acerca del programa
11. Chen, VB; Davis, IW; Richardson, DC (2009), "KING (Kinemage, Next Generation): Un versátil programa interactivo de visualización científica y molecular", Protein Science , 18 (11): 2403–2409, doi : 10.1002 / pro.250 , PMC 2788294 , PMID 19768809  
12. Goddard, Thomas D .; Huang, Conrad C .; Ferrin, Thomas E. (2005), "Extensiones de software a UCSF Chimera para visualización interactiva de grandes conjuntos moleculares", Estructura , 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 de junio de 1972 a 3 de noviembre de 2009", Nature Structural & Molecular Biology , 16 (12): 1202-1203, doi : 10.1038 / nsmb1209-1202 , PMID 19956203 .

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con diagramas de cinta .