Diagrama de cinta

Los diagramas de cinta , también conocidos como diagramas de Richardson , son representaciones esquemáticas tridimensionales de la estructura de las proteínas y uno de los métodos más comunes para su representación en la actualidad. La cinta muestra el recorrido general y la organización de la cadena principal de la proteína en 3D y sirve como marco visual para mostrar detalles de toda la estructura atómica, como las esferas que representan 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 cadena principal del polipéptido . Las hélices α se muestran como cintas enrolladas o tubos gruesos, las láminas β como flechas y las espirales o bucles no repetitivos como líneas o tubos delgados. La dirección de la cadena polipeptídica se muestra localmente mediante las flechas y puede indicarse globalmente mediante una rampa de color a lo largo de la cinta. ^{[ 1 ]}

Los diagramas de cinta son sencillos pero potentes, ya que expresan los fundamentos visuales de una estructura molecular (torsión, plegamiento y despliegue). 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 parte de biólogos estructurales expertos como de otros científicos, estudiantes ^{[ 2 ]} y el público en general.

Los primeros diagramas de cintas, dibujados a mano por Jane S. Richardson en 1980 (influenciada por ilustraciones individuales anteriores), ^{[ 3 ]} fueron los primeros esquemas de la estructura de proteínas 3D que se produjeron sistemáticamente. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Se crearon para ilustrar una clasificación de estructuras de proteínas para un artículo en Advances in Protein Chemistry . ^{[ 5 ]} Estos dibujos se delinearon con pluma sobre papel de calco sobre una impresión de un trazado Cα de las coordenadas atómicas y se sombrearon con lápiz de color o pasteles; ^{[ 6 ]} conservaron las posiciones, suavizaron la ruta de la cadena principal e incorporaron pequeños desplazamientos locales para desambiguar la apariencia visual. ^{[ 4 ]} Además del dibujo de cinta de la triosa isomerasa que se muestra en la figura, otros ejemplos dibujados a mano representaron la prealbúmina , la flavodoxina y la superóxido dismutasa Cu,Zn .

En 1982, Arthur M. Lesk y sus colaboradores lograron la generación automática de diagramas de cinta mediante una implementación computacional que utiliza archivos del Protein Data Bank como entrada. ^{[ 7 ]} Este algoritmo , conceptualmente sencillo, ajustaba curvas B-spline polinómicas cúbicas a los planos peptídicos. La mayoría de los sistemas gráficos modernos ofrecen B-splines o splines de Hermite como primitivas de dibujo básicas. Un tipo de implementación de spline pasa por cada punto guía Cα, produciendo una curva exacta pero irregular. Tanto las cintas dibujadas a mano como la mayoría de las generadas por 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 más agradable visualmente y comprensible. Para dar el radio correcto para las espirales helicoidales y al mismo tiempo preservar las hebras β suaves, las splines se pueden modificar mediante desplazamientos proporcionales a la curvatura local, como lo desarrolló por primera vez Mike Carson para su programa Ribbons ^{[ 8 ]} y posteriormente fue adoptado por otros programas de gráficos moleculares, como el programa de código abierto Mage 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 hasta la actualidad, los diagramas de cintas han sido la representación más común de la estructura de las proteínas y una opción frecuente como imagen de portada para revistas o libros de texto.

Programas informáticos actuales

Un programa popular utilizado para dibujar diagramas de cintas 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 Cα ) guiada por vectores de dirección. El programa fue construido a partir de gráficos moleculares tradicionales por 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 "dibujos animados" de cintas. Otros programas gráficos como DeepView (ejemplo: ureasa ) y MolMol (ejemplo: dominio SH2 ) también producen imágenes de cintas. 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, especialmente notable por la capacidad de combinarlas con formas contorneadas a partir de datos de criomicroscopía electrónica . ^{[ 12 ]} PyMOL , de Warren DeLano , ^{[ 13 ]} es un programa de gráficos moleculares popular y flexible (basado en Python ) que funciona en modo interactivo y también produce imágenes 2D de calidad de presentación para diagramas de cintas y muchas otras representaciones.

• Gráficos moleculares