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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，这是现在最常用的卵白质三维结构暗意纪律。那么，它是何如被发明的，它的出现在科学界又有什么酷好呢？

撰文 | 小闸蟹

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

不要发怵尝试新的地点。目田地分享、协作、拿出思法和后果。

——Jane Richardson

1958年，英国生物学家John Cowdery Kendrew等东说念主足下X射线衍射的纪律，告捷细目了抹香鲸的三级结构，并将探求逼迫发表在了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等结构的卵白质。1962年， Kendrew和Max Perutz因默契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运行鼓吹发展。

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筹算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年并连续于今，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 的获利于今可查，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，未必受到家庭影响，她从小学三年纪的一次对好意思国纽约海登天文馆的参不雅运行，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当过一段时期的中学憨厚，随后参加了麻省理工学院的一个现实室担任本领员，运行战役结构生物学限度，并在那处碰到了其时正在攻读博士的David Richardson。

Jane和David在责任中情谊升温，两东说念主喜结连理，婚后也一直在为了换取的科研贪图而奋力。在反复对Kendrew等东说念主的例子进行逆向探求之后，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，结构生物学家们又面对着一个新的问题，那等于怎么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，经受制作了一个模子然后拍照。赫然，这样既不严谨，也不便捷。但其时的东说念主们也并莫得更好的方针。

时期来到了1980年前后，Jane依然在为这个问题而烦闷。有一次，她手中不测把玩着一根皮带，卷起的皮带就像讨好起来的氨基酸骨架，这未必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，发明了影响长远的丝带模子（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（通过筹算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、不雅看和磋磨的本领）”限度的开山祖师地位。

Jane的责任已经推出，便在同业圈子内广受好评。原因无他——的确是太好用了。丝带模子了了灵验地将构成卵白质的氨基酸骨架陈设并展示出来。由于氨基酸骨架会自愿地造成能量较低的α-螺旋、β-折叠等结构，是以Jane创造性地用访佛于装潢彩带的结构暗意α-螺旋，用扁平的箭头暗意β-折叠，以及用细线来暗意讨好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。丨图片来源：参考文件[1]/Jane Richardson

这一模子的发明惊艳了整个这个词圈子，关联词很快同业们就发现，并不是每一个东说念主齐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“画师爱妻”。无数同业写信给她，问：“您能维护画画我的这个结构吗？”

赫然，Jane一个东说念主画不完这样多的结构，科学的发展也不能能录用于科学家的好意思术资质。于是Jane和David老婆思到了用筹算机生成。八九十年代恰是筹算机本领鼓吹发展的年代，迪士尼彩乐园关联词大要十年后，他们才终于作念出了能够生成丝带模子的算法。在这个筹算机智力完成后，Jane适意地说：“我终于无用再用手绘画啦！”很难思象这十年来她履历了什么。

Jane的责任并莫得跟着放下画笔而终结，她永久在结构生物学限度深耕，并不断为这一模子添加新的特质，其中好多沿用于今，举例氢键和结合水的暗意等。

不能否定的是，丝带模子存在一定的局限性，举例其为了精简结构而只描写了氨基酸的骨架，而莫得体现出侧链，因此无法显流露卵白质名义的通说念、坎坷等和分子间互相作用有弥留关系的结合位点。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，以供读者磋磨。

图3 三种常用模子的比拟，左侧为Jane Richardson发明的丝带模子，重心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，通过浮现每个原子的体积，能够更直不雅地呈现卵白质分子华夏子或原子团簇的本色空间散布，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结合位点。丨图片来源：Protein Data Bank

有东说念主将图3中的左图称为“Cartoon”图，本色上，不同的模子系统的定名存在各异。如卵白质结构数据库（RCSB PDB）中，Cartoon和Ribbon均使用丝带暗意α-螺旋和β-折叠，分裂在于Cartoon的无定形区采选柱状细线，同期使用箭头表明了β-折叠的地点；而Ribbon的无定形区采选和α-螺旋、β-折叠相似的扁形丝带，同期β-折叠也莫得箭头——这齐是在Jane的开首版块之上作念的变调。

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

其他地方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纪律，见图5。

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

无论怎么，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。甚而于好多的憨厚齐得反复申饬学生：“这玩意儿等于个概况，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。丨图片来源：doi.org/10.1038/77912

Jane Richardson和爱东说念主David一说念，一直在为结构生物学的发展而奋力，在卵白质结构默契和结构可视化纪律方面作念出了宽绰孝顺。卵白质数据库（Protein Data Bank）的创立有他们一份功劳；2019年，他们庆祝了一说念在杜克大学渡过的50周年操心日，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默契有所孝顺。时于本日，他们依然在杜克大学有我方的课题组。

图7 Jane Richardson丨图片来源：duke.edu

Jane Richardson一世莫得赢得庄重的博士学位，却有三个学校授予的荣誉博士学位。她相配饱读动年青东说念主的探索，并在一次采访中暗意：“有的时候思思，现在的年青东说念主看卵白质的方式和我80年代的时候是相同的。未必我发明了一个好纪律，但敬佩不是唯独的纪律。一个卵白质长什么口头取决于你思怎么展示它。”

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/

游戏介绍：在充满紧张气氛的战场上，玩家将与铺天盖地的敌军展开殊死搏斗。该如何抵挡汹涌而来的敌人？除了凭借自己的实力，还可以与盟军协同作战，挑战“真・三国无双”系列独有的战术战役，畅享该系列史上最极致的爽快感。

[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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