Введение

Компьютерная графика Молекулярная графика - это дисциплина и философия изучения молекул и их свойств посредством графического представления. IUPAC ограничивает определение представлениями на "графическом устройстве отображения". Со времен атомов Дальтона и бензола Кекуле была богатая история ручной рисования атомов и молекул, и эти изображения оказали важное влияние на современную молекулярную графику. Цветная молекулярная графика часто используется на обложках журналов по химии в художественном плане.

История

До использования компьютерной графики для представления молекулярной структуры Роберт Кори и Линус Полинг разработали систему для представления атомов или групп атомов из твердой древесины в масштабе 1 дюйм = 1 ангстром, соединенных с помощью запорного устройства для поддержания молекулярной конфигурации. Эти ранние модели также установили схему окраски CPK, которая до сих пор используется сегодня для дифференциации различных типов атомов в молекулярных моделях (например, углерод = черный, кислород = красный, азот = синий и т. Д.). Эта ранняя модель была улучшена в 1966 году У. Л. Колтуном и теперь известна как модели Corey Pauling Koltun (CPK). Самые ранние попытки создать модели молекулярной структуры были сделаны проектом MAC с использованием моделей проволочных рамок, отображаемых на катедровой трубке в середине 1960-х годов. В 1965 году Кэрролл Джонсон распространил тепловой эллипсоидный график Оук-Риджа (ORTEP), который визуализировал молекулы в виде модели из шарика и палки с линиями, представляющими связи между атомами и эллипсоидами, чтобы представить вероятность теплового движения. Термические эллипсоиды быстро стали де-факто стандартом, используемым в отображении данных рентгеновской кристаллографии, и до сих пор широко используются. Среди вех в высокопроизводительной молекулярной графике была работа Нельсона Макса по "реалистичному" отображению макромолекул с использованием отражающих сфер. Первоначально большая часть технологии была сосредоточена на высокопроизводительной 3D-графике. Активные 3D-очки требуют батарей и работают совместно с дисплеем, чтобы активно изменять представление линз для глаз пользователя. Многие современные 3D-очки используют пассивную, поляризованную 3D-систему, которая позволяет пользователю визуализировать 3D-эффекты на основе собственного восприятия. Пассивные 3D-очки более распространены сегодня, так как они дешевле. Требования макромолекулярной кристаллографии также стимулировали молекулярную графику, поскольку традиционные методы создания физических моделей не могли масштабироваться. Первые две структуры белка, решенные молекулярной графикой без помощи ящика Ричардса, были построены с помощью программы Стэна Свонсона FIT на дисплее векторной графики в лаборатории Эдгара Мейера в Техасском университете A&M: Первый Мардж Легг в лаборатории Аль Коттона в A&M решил вторую структуру стафилококка с более высоким разрешением. Нуклеаза (1975) и затем Джим Хогл в 1976 году решили структуру моноклинического лизозима. Прошёл целый год, прежде чем другие графические системы были использованы для замены коробки Ричардса для моделирования плотности в 3D. Программа FRODO (а позже "O") Элвина Джонса была разработана для наложения на молекулярную электронную плотность, определенную из рентгеновской кристаллографии и гипотетической молекулярной структуры.

Диаграммы ленты

Диаграмма с лентой - это схематическое представление структуры белка и один из наиболее распространенных методов изображения белка, используемых сегодня. Лента показывает общий путь и организацию белкового хребта в 3D и служит визуальной основой, на которой можно повесить детали полной атомной структуры, такие как шары для атомов кислорода, связанных с активным местом миоглобина на соседнем изображении. Диаграммы ленточных изображений создаются путем интерполяции гладкой кривой через полипептидную костную мозг. α-вертлики изображены как накрученные ленты или толстые трубки, β-цепи - как стрелки, а не повторяющиеся катушки или петли - как линии или тонкие трубки. Направление полипептидной цепи показано локально стрелками, а в целом может быть обозначено цветным рампом по всей длине ленты.