مخطط الشريط

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
مخطط شريطي للميوغلوبين المرتبط بالهيم (عصي) والأكسجين (كرات حمراء) ( PDB : 1MBO )

تُعدّ مخططات الشريط ، والمعروفة أيضًا بمخططات ريتشاردسون ، تمثيلات تخطيطية ثلاثية الأبعاد لبنية البروتين ، وهي من أكثر طرق تصوير البروتينات شيوعًا اليوم. يُصوّر الشريط المسار العام وتنظيم العمود الفقري للبروتين ثلاثي الأبعاد، ويُستخدم كإطار بصري لعرض تفاصيل البنية الذرية الكاملة، مثل الكرات التي تُمثّل ذرات الأكسجين المرتبطة بالموقع النشط للميوغلوبين في الشكل المجاور. تُنشأ مخططات الشريط عن طريق استيفاء منحنى سلس عبر العمود الفقري للبروتين . تُعرض الحلزونات ألفا على شكل أشرطة ملفوفة أو أنابيب سميكة، والصفائح بيتا على شكل أسهم، والملفات أو الحلقات غير المتكررة على شكل خطوط أو أنابيب رفيعة. يُشار إلى اتجاه سلسلة الببتيد محليًا بواسطة الأسهم، ويمكن الإشارة إليه بشكل عام بواسطة تدرج لوني على طول الشريط. [ 1 ]

تُعدّ المخططات الشريطية بسيطة لكنها فعّالة، إذ تُعبّر بصريًا عن الأسس البنيوية للجزيء (الالتواء، والطي، والانبساط). وقد نجحت هذه الطريقة في تصوير التنظيم العام لبنى البروتينات، مُبرزةً طبيعتها ثلاثية الأبعاد، ومُتيحةً فهمًا أفضل لهذه الأجسام المعقدة لكلٍّ من علماء الأحياء البنيوية الخبراء، وغيرهم من العلماء والطلاب، [ 2 ] وعامة الجمهور.

رسم تخطيطي شريطي لوحدة مونومر إيزوميراز ثلاثي الفوسفات (رسم يدوي بواسطة ج. ريتشاردسون ، 1981) ( PDB : 1TIM ​)

تاريخ

كانت أولى المخططات الشريطية، التي رسمتها جين س. ريتشاردسون يدويًا عام ١٩٨٠ (متأثرةً برسومات فردية سابقة)، [ ٣ ] أولى المخططات الهيكلية ثلاثية الأبعاد للبروتين التي تُنتج بشكل منهجي. [ ٣ ] [ ٤ ] وقد صُممت لتوضيح تصنيف هياكل البروتينات لمقال في مجلة Advances in Protein Chemistry . [ ٥ ] رُسمت هذه المخططات بقلم حبر على ورق شفاف فوق نسخة مطبوعة من إحداثيات ذرات الكربون ألفا (Cα) ، ثم لُونت بأقلام ملونة أو ألوان باستيل؛ [ ٦ ] وقد حافظت على المواضع، وحسّنت مسار العمود الفقري، وأدخلت تحولات موضعية صغيرة لتوضيح المظهر المرئي. [ ٤ ] بالإضافة إلى الرسم الشريطي لإنزيم إيزوميراز ثلاثي السكر الموضح في الشكل، صوّرت أمثلة أخرى مرسومة يدويًا بروتين ما قبل الألبومين ، والفلافودوكسين ، وإنزيم ديسموتاز الفائق التأكسد النحاسي والزنكي .

في عام ١٩٨٢، مكّن آرثر إم. ليسك وزملاؤه لأول مرة من توليد مخططات الشريط تلقائيًا من خلال تطبيق حاسوبي يستخدم ملفات بنك بيانات البروتين كمدخلات. [ ٧ ] وقد قامت هذه الخوارزمية البسيطة من حيث المفهوم بمطابقة منحنيات بي-سبلاين متعددة الحدود من الدرجة الثالثة مع مستويات الببتيد. توفر معظم أنظمة الرسومات الحديثة إما منحنيات بي-سبلاين أو منحنيات هيرميت كعنصر أساسي للرسم. يمر أحد أنواع تطبيقات المنحنيات عبر كل نقطة توجيه Cα، مما ينتج عنه منحنى دقيق ولكنه غير منتظم. يتم تنعيم كل من المخططات المرسومة يدويًا ومعظم المخططات الحاسوبية (مثل تلك الموضحة هنا) على مدى أربع نقاط توجيه متتالية تقريبًا (عادةً نقطة منتصف الببتيد) لإنتاج تمثيل أكثر جاذبية ووضوحًا. لإعطاء نصف القطر الصحيح للحلزونات الحلزونية مع الحفاظ على خيوط بيتا الملساء، يمكن تعديل الشرائح عن طريق إزاحات تتناسب مع الانحناء المحلي، كما طورها مايك كارسون لأول مرة لبرنامج Ribbons الخاص به [ 8 ] وتم اعتمادها لاحقًا بواسطة برامج رسومات جزيئية أخرى، مثل برنامج Mage مفتوح المصدر لرسومات kinemage [ 9 ] الذي أنتج صورة الشريط في أعلى اليمين (أمثلة أخرى: 1XK8 ثلاثي وبوليميراز الحمض النووي ).

منذ نشأتها، وحتى الآن، كانت المخططات الشريطية هي التمثيل الأكثر شيوعًا لبنية البروتين وخيارًا شائعًا لصورة الغلاف للمجلات أو الكتب المدرسية.

برامج الحاسوب الحالية

شريط PyMol لبنية بروتين tubby ( PDB : 1C8Z ​)

يُعدّ برنامج Molscript أحد البرامج الشائعة لرسم المخططات الشريطية . يستخدم Molscript منحنيات هيرميت لإنشاء إحداثيات اللفائف والانعطافات والخيوط واللوالب. يمر المنحنى عبر جميع نقاط التحكم ( ذرات Cα ) مُوجَّهًا بواسطة متجهات الاتجاه. بُني البرنامج استنادًا إلى الرسومات الجزيئية التقليدية بواسطة آرثر إم. ليسك ، وكارل هاردمان، وجون بريستل. [ 10 ] أما Jmol فهو عارض مفتوح المصدر قائم على لغة جافا لتصفح التراكيب الجزيئية على الويب؛ ويتضمن نسخة "كرتونية" مُبسَّطة من المخططات الشريطية. تُنتج برامج رسومات أخرى، مثل DeepView (مثال: اليورياز ) وMolMol (مثال: نطاق SH2 )، صورًا شريطية أيضًا. يُعدّ KiNG [ 11 ] خليفةً لبرنامج Mage قائمًا على لغة جافا (أمثلة: عرض علوي وجانبي لبروتين ألفا-هيموليسين ).

يُعدّ برنامج UCSF Chimera برنامجًا قويًا لنمذجة الجزيئات، ويتضمن أيضًا أدوات تصوير مثل الشرائط، ويتميز بقدرته على دمجها مع الأشكال المحددة من بيانات المجهر الإلكتروني فائق البرودة . [ 12 ] أما برنامج PyMOL ، من تطوير وارن ديلانو ، [ 13 ] فهو برنامج رسومات جزيئية شائع ومرن (مبني على لغة بايثون ) يعمل في وضع تفاعلي، كما يُنتج صورًا ثنائية الأبعاد بجودة عرض ممتازة لمخططات الشرائط والعديد من التمثيلات الأخرى.

سمات

أشرطة حلزونية، وأسهم من خيوط بيتا، وحلقات مصقولة، مرسومة يدويًا بواسطة جين ريتشاردسون
البنية الثانوية [ 4 ] [ 5 ]
حلزونات ألفاأشرطة حلزونية أسطوانية، مع مستوى الشريط الذي يتبع تقريبًا مستوى الببتيدات.
خيوط بيتاأسهم ذات سماكة، تساوي ربع عرضها تقريبًا، تُظهر اتجاه التواء السلسلة من الطرف الأميني إلى الطرف الكربوكسيلي. تبدو الصفائح بيتا موحدة لأن السلاسل المتجاورة تلتف في وقت واحد.
حلقات وأشياء متنوعة
حلقات غير متكررةحبال مستديرة أكثر سمكًا في المقدمة وأقل سمكًا باتجاه الخلف، تتبع مسارًا سلسًا لأثر Cα.
نقاط التقاء الحلقات واللوالبحبل دائري يتسطح تدريجياً ليصبح شريطاً حلزونياً رفيعاً.
ميزات أخرى
اتجاه عديد الببتيد،

نهايات NH2 و COOH

أسهم صغيرة على أحد طرفي السلسلة أو كليهما، أو أحرف. بالنسبة للسلاسل بيتا، يكفي اتجاه السهم. أما اليوم، فيُشار إلى اتجاه سلسلة الببتيد غالبًا بتدرج لوني.
روابط ثنائي الكبريتيدرمز SS متشابك أو خط متعرج، مثل ضربة برق منمقة.
مجموعة اصطناعية أو مثبطاتأشكال عصوية، أو كرة وعصا .
المعادنكرات.
التظليل واللونيُضفي التظليل أو اللون بُعدًا إضافيًا على الرسم التخطيطي. عمومًا، تكون العناصر الأمامية ذات تباين عالٍ، بينما تكون العناصر الخلفية ذات تباين منخفض.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ سميث، توماس ج. (27 أكتوبر 2005). "عرض وتحليل البنى الذرية على نظام ماكنتوش" . مركز دانفورث لعلوم النبات. مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2002.
  2. ↑ ريتشاردسون، دي سي؛ ريتشاردسون، جيه إس (يناير 2002). "تدريس المعرفة الجزيئية ثلاثية الأبعاد" . تعليم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 30 (1): 21-26 . doi : 10.1002/bmb.2002.494030010005 .
  3. 1 2 ريتشاردسون، جين س. (2000)، "رسومات شريطية مبكرة للبروتينات"، بيولوجيا التركيب الطبيعي ، 7 (8): 624-625 ، doi : 10.1038/77912 ، PMID 10932243 ، S2CID 52856546  .
  4. 1 2 3 ريتشاردسون، جين س. (1985)، "رسومات تخطيطية لهياكل البروتين"، طرق حيود الجزيئات الحيوية الكبيرة، الجزء ب ، طرق في علم الإنزيمات، المجلد 115، الصفحات 359-380 ، doi : 10.1016/0076-6879(85)15026-3 ، ISBN   978-0-12-182015-2PMID 3853075​ .
  5. 1 2 ريتشاردسون، جين س. (1981)، "تشريح وتصنيف بنية البروتين"، تشريح وتصنيف هياكل البروتين ، التقدم في كيمياء البروتين، المجلد 34، الصفحات 167-339 ، doi : 10.1016/S0065-3233(08)60520-3 ، ISBN   978-0-12-034234-1PMID 7020376 ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 مارس 2019 .
  6. ↑ «أمّ الرسوم البيانية الشريطية في العلوم تحتفل بمرور 50 عامًا على تأسيسها في جامعة ديوك» . قصص ديوك . 19 أكتوبر 2018. تاريخ الاطلاع: 9 يونيو 2020 .
  7. ↑ ليسك، آرثر م.؛ هاردمان، كارل د. (1982)، "مخططات تخطيطية مُولَّدة حاسوبيًا لهياكل البروتين"، مجلة ساينس ، 216 (4545): 539-540 ، رمز Bibcode : 1982Sci...216..539L ، doi : 10.1126/science.7071602 ، PMID 7071602 .
  8. ↑ كارسون، م.؛ باج، سي إي (1986)، "خوارزمية لنماذج الشريط للبروتينات"، مجلة الرسومات الجزيئية ، 4 (2): 121-122 ، doi : 10.1016/0263-7855(86)80010-8.
  9. ↑ ريتشاردسون، دي سي؛ ريتشاردسون، جيه إس (يناير 1992)، "التصوير الحركي: أداة للتواصل العلمي"، علم البروتين ، 1 (1): 3-9 ، doi : 10.1002/pro.5560010102 ، PMC 2142077 ، PMID 1304880  
  10. ↑ MolScript الإصدار 2.1: حول البرنامج
  11. ↑ تشين، في بي؛ ديفيس، آي دبليو؛ ريتشاردسون، دي سي (2009)، "كينغ (كينميج، الجيل التالي): برنامج متعدد الاستخدامات للتصور الجزيئي والعلمي التفاعلي"، علم البروتين ، 18 (11): 2403-2409 ، doi : 10.1002/pro.250 ، PMC 2788294 ، PMID 19768809  
  12. ↑ غودارد، توماس د.؛ هوانغ، كونراد س.؛ فيرين، توماس إي. (2005)، "امتدادات برمجية لبرنامج UCSF Chimera للتصور التفاعلي للتجمعات الجزيئية الكبيرة"، ستراكشر ، 13 (3): 473-482 ، doi : 10.1016/j.str.2005.01.006 ، PMID 15766548 .
  13. ↑ برونجر، أكسل ت.؛ ويلز، جيمس أ. (2009)، "وارن ل. ديلانو، 21 يونيو 1972 - 3 نوفمبر 2009"، مجلة نيتشر للبيولوجيا التركيبية والجزيئية ، 16 (12): 1202-1203 ، doi : 10.1038/nsmb1209-1202 ، PMID 19956203 .