リボン図

リボン図はリチャードソン図とも呼ばれ、タンパク質構造の3D図式表現であり、今日使用されているタンパク質描写の最も一般的な方法の 1 つです。リボンは、タンパク質バックボーンの一般的な経路と組織を 3D で表し、隣の図でミオグロビンの活性部位に付着した酸素原子のボールなど、原子構造全体の詳細を視覚的に表すフレームワークとして機能します。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ます。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表示されます。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ります。^[1]

リボン図はシンプルですが強力で、分子構造の視覚的な基本（ねじれ、折り畳み、展開）を表現します。この方法は、タンパク質構造の全体的な組織をうまく描写し、その3次元的性質を反映し、構造生物学の専門家だけでなく、他の科学者、学生、^[2]、一般の人々もこれらの複雑な対象をよりよく理解できるようにしています。

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に影響を受けたもの）で、体系的に作成された最初の3Dタンパク質構造の概略図でした。^{[3] [4]これらは、} Advances in Protein Chemistry ^[5]（現在はAnataxで注釈付きで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説明するために作成されました 。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、色鉛筆またはパステルで陰影が付けられました。^[6]これらの図では位置が保持され、バックボーンのパスが滑らかになり、視覚的な曖昧さをなくすために小さな局所的なシフトが組み込まれました。^[4]右のトリオースイソメラーゼのリボン図の他にも、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などの手描きの例があります。

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ました。^[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ます。ほとんどの現代のグラフィックスシステムは、基本的な描画プリミティブとしてBスプラインまたはエルミートスプラインのいずれかを提供します。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、正確ですが途切れ途切れの曲線を生成します。手描きのリボンとほとんどのコンピュータリボン（ここに示すようなもの）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、より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らせん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、その後、右上のリボン画像を生成した}キネマジュグラフィックス用のオープンソースの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（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。

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導かれてそのすべての制御点（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に基づいて構築された。 ^[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あり、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、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からの輪郭線付き形状と組み合わせる機能が特徴です。^[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。

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