为了将复杂的三维结构简化和可视化，科学家发明了由彩带、线条和箭头构成的丝带图ag百家乐技巧，这是现在最常用的卵白质三维结构默示递次。那么，它是怎样被发明的，它的出现在科学界又有什么意旨呢？

撰文 | 小闸蟹

Don't be afraid to go in new directions. Share, collaborate, and give away ideas and results freely.

不要发怵尝试新的标的。解放地分享、息争、拿出念念法和后果。

——Jane Richardson

1958年，英国生物学家John Cowdery Kendrew等东说念主诈欺X射线衍射的递次，告捷细则了抹香鲸的三级结构，并将研究杀青发表在了Nature上。这是东说念主类历史上首个被X射线衍射本领解出高档结构的卵白质。1962年， Kendrew和Max Perutz因明白血红卵白结构分享了诺贝尔化学奖，自此，结构生物学手脚一门学科启动振奋发展。

与此同期，在大泰西此岸的好意思国，一个名叫Jane Shelby的17岁青娥刚刚因为裸眼不雅测并计较出了苏联辐射的东说念主造卫星（Sputnik）的轨迹而赢得了西屋科学东说念主才发现大赛（Westinghouse Science Talent Search）的第三名。该比赛始于1942年并接续于今，现由好意思国再生元公司冠名（比赛称号是Regeneron Science Talent Search），旨在在高中生中发掘和培养科学东说念主才。

图1 Jane 的收获于今可查，参见网址：https://www.societyforscience.org/regeneron-sts/science-talent-search-1958/

Jane的父亲是一位电气工程师，有时受到家庭影响，她从小学三年齿的一次对好意思国纽约海登天文馆的参不雅启动，就对数学和航空航天产生了浓厚的兴致。她其后考入好意思国顶尖的文理学院斯沃斯莫尔学院（Swarthmore College），又在哈佛大学完成了硕士学习。毕业后，Jane当过一段时刻的中学淳厚，随后参预了麻省理工学院的一个推行室担任本领员，启动讲和结构生物学限度，并在那边遭逢了那时正在攻读博士的David Richardson。

Jane和David在职责中情谊升温，两东说念主喜结连理，婚后也一直在为了相通的科研方针而奋发。在反复对Kendrew等东说念主的例子进行逆向研究之后，两东说念主最终在1969年深入分析和展示了细胞色素C的结构——这亦然东说念主类历史上第十个被解出结构的卵白。（题外话：我们说“爱情的结晶”是个譬如，东说念主家是真有结晶。比不了，比不了。）

跟着越来越多的卵白质结构被解出，结构生物学家们又濒临着一个新的问题，那即是怎样精准地抒发卵白质的结构，尤其是在论文这种二维平面上展示卵白质的三维结构。Kendrew等东说念主发表第一个结构时，采用制作了一个模子然后拍照。贯通，这样既不严谨，也不便捷。但那时的东说念主们也并莫得更好的意见。

时刻来到了1980年前后，Jane依然在为这个问题而苦闷。有一次，她手中不测把玩着一根皮带，卷起的皮带就像皆集起来的氨基酸骨架，这有时意味着三维卵白质不错被更好地可视化。她以此为基础，过程一年的修修改改，发明了影响真切的丝带模子（Ribbon diagram，有时也被翻译为“飘带模子”等），并以The Anatomy and Taxonomy of Protein Structure为题撰写论文，发表在1981年的Advances in Protein Chemistry年刊上。该文占据了一百七十余页的篇幅，从此奠定了Jane Richardson在卵白质“三渲二（通过计较机或东说念主工渲染，三维空间结构渲染在二维的纸张、屏幕等载体上展示，以便读者和不雅众阅读、不雅看和相识的本领）”限度的开山之祖地位。

Jane的职责如故推出，便在同业圈子内广受好评。原因无他——确凿是太好用了。丝带模子贯通灵验地将构成卵白质的氨基酸骨架成列并展示出来。由于氨基酸骨架会自愿地酿成能量较低的α-螺旋、β-折叠等结构，是以Jane创造性地用访佛于遮挡彩带的结构默示α-螺旋，用扁平的箭头默示β-折叠，以及用细线来默示皆集上述两种结构之间的回路。

图2 左图为JC Kendrew的“模子拍照”；右图为Jane Richardson的“丝带模子”手稿。丨图片起原：参考文件[1]/Jane Richardson

这一模子的发明惊艳了扫数圈子，然而很快同业们就发现，并不是每一个东说念主都能画出这样优好意思而准确的图。于是Jane又成了圈子内炙手可热的“画师浑家”。大量同业写信给她，问：“您能赞理画画我的这个结构吗？”

贯通，ag百家乐技巧Jane一个东说念主画不完这样多的结构，科学的发展也不成能拜托于科学家的好意思术禀赋。于是Jane和David配偶念念到了用计较机生成。八九十年代恰是计较机本领振奋发展的年代，关联词轻佻十年后，他们才终于作念出了能够生成丝带模子的算法。在这个计较机门径完成后，Jane忻悦地说：“我终于无谓再用手绘制啦！”很难念念象这十年来她阅历了什么。

Jane的职责并莫得跟着放下画笔而阻隔，她耐久在结构生物学限度深耕，并不停为这一模子添加新的特质，其中许多沿用于今，举例氢键和并吞水的默示等。

不成否定的是，丝带模子存在一定的局限性，举例其为了精简结构而只态状了氨基酸的骨架，而莫得体现出侧链，因此无法暴露出卵白质名义的通说念、迂回等和分子间互相作用有繁重关系的并吞位点。因尔后东说念主又在这一模子的基础上发展出了球棍模子（Ball&Stick Diagram）、空间占用模子（Space Filling Diagram）等经典模子，以供读者相识。

图3 三种常用模子的相比，左侧为Jane Richardson发明的丝带模子，要点体现卵白质的氨基酸骨架和结构域等特征；中间为球棍模子，较为准确地表明了每个原子的位置；右侧为空间占用模子，通过暴露每个原子的体积，能够更直不雅地呈现卵白质分子华夏子或原子团簇的实质空间散播，展现了卵白质分子名义的形态、通说念和孔隙等结构特征，有助于在药物研发等限度寻找潜在的并吞位点。丨图片起原：Protein Data Bank

有东说念主将图3中的左图称为“Cartoon”图，实质上，不同的模子系统的定名存在互异。如卵白质结构数据库（RCSB PDB）中，Cartoon和Ribbon均使用丝带默示α-螺旋和β-折叠，区分在于Cartoon的无定形区承袭柱状细线，同期使用箭头表明了β-折叠的标的；而Ribbon的无定形区承袭和α-螺旋、β-折叠相似的扁形丝带，同期β-折叠也莫得箭头——这都是在Jane的最先版块之上作念的改造。

图4 左图为PDB中的“Cartoon”；右图为“Ribbon”（PDB：1FPU）。

其他场所的定名方式也存在不同。举例在PyMol软件中，“Cartoon”图访佛于本文中提到的“Ribbon”和PDB的“Cartoon”，而“Ribbon”则是一种只展示骨干的展示递次，见图5。

图5 左图为PyMol中的“Ribbon”，右图为“Cartoon”（PDB：1FPU）。

不管怎样，时于本日，丝带模子仍然是最告捷的卵白质模子，亦然最常在科研论文和科普读物中看到的模子。以致于许多的淳厚都得反复警告学生：“这玩意儿即是个大致，你体内不是一群箭头和螺旋。”笔者本东说念主往期的作品中也多有此模子的应用，在此一并向Jane奶奶致谢。

图6 Jane 的早期作图，已经具备了现代“Ribbon”或者“Cartoon”的典型特征。丨图片起原：doi.org/10.1038/77912

Jane Richardson和爱东说念主David通盘，一直在为结构生物学的发展而奋发，在卵白质结构明白和结构可视化递次方面作念出了强大孝敬。卵白质数据库（Protein Data Bank）的创立有他们一份功劳；2019年，他们庆祝了通盘在杜克大学渡过的50周年挂念日，杜克大学官方称Jane为丝带模子之母（Mother of Ribbon Diagrams）；新冠疫情时期，他们还对新冠病毒卵白的结构明白有所孝敬。时于本日，他们依然在杜克大学有我方的课题组。

图7 Jane Richardson丨图片起原：duke.edu

Jane Richardson一世莫得赢得崇拜的博士学位，却有三个学校授予的荣誉博士学位。她极度饱读吹年青东说念主的探索，并在一次采访中默示：“有的时候念念念念，现在的年青东说念主看卵白质的方式和我80年代的时候是雷同的。有时我发明了一个好递次，但服气不是独一的递次。一个卵白质长什么神色取决于你念念怎样展示它。”

参考文件

[1] KENDREW, J. C., BODO, G., DINTZIS, H. M., PARRISH, R. G., WYCKOFF, H., & PHILLIPS, D. C. (1958).A Three-Dimensional Model of the Myoglobin Molecule Obtained by X-Ray Analysis. Nature, 181(4610), 662–666.doi:10.1038/181662a0

[2]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0065323308605203?via=ihub

[3]https://www.cell.com/trends/biochemical-sciences/abstract/S0968-0004(13)00044-3

[4]https://www.nasonline.org/directory-entry/jane-s-richardson-yl4ata/

[5]https://nips.cc/virtual/2021/29587

[6]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8167287/

[7]https://exhibits.library.duke.edu/exhibits/show/2024sciencewomen/women/jrichardson

[8]https://www.biophysics.org/profiles/jane-richardson

[9]https://www.societyforscience.org/regeneron-sts/science-talent-search-1958/

[10]https://www.biochem.duke.edu/people/richardson-lab

[11]https://stories.duke.edu/sciences-mother-of-ribbon-diagrams-celebrates-50-years-at-duke

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