表示 PCXs

PDB（タンパク質構造データバンク）画像フォーマットは、JPEGやPNGのような従来の「画像」フォーマットではなく、タンパク質、核酸、複合アセンブリに関する3次元構造情報を格納するデータフォーマットです。PDBフォーマットは、科学者が生物学的マクロ分子の分子構造を視覚化、共有、分析することを可能にするため、バイオインフォマティクスと構造生物学の基礎となっています。PDBアーカイブは、PDBデータをグローバルコミュニティに無料で公開することを保証する世界タンパク質構造データバンク（wwPDB）によって管理されています。

PDBフォーマットは、分子構造を表す標準化された方法の必要性の高まりに対応するために、1970年代初頭に最初に開発されました。それ以来、幅広い分子データを収容するために進化してきました。このフォーマットはテキストベースで、人間が読むこともコンピュータで処理することもできます。一連のレコードで構成されており、それぞれがそのレコードに含まれる情報の種類を指定する6文字の行識別子で始まります。レコードは、原子座標、接続性、実験データを含む構造の詳細な説明を提供します。

典型的なPDBファイルは、タンパク質または核酸構造に関するメタデータを含むヘッダーセクションで始まります。このセクションには、構造の簡単な説明を与えるTITLE、化学成分をリストするCOMPND、生物分子の起源を説明するSOURCEなどのレコードが含まれます。ヘッダーには、構造を決定した人の名前をリストするAUTHORレコードと、構造が最初に記載された文献への引用を提供するJOURNALレコードも含まれます。

ヘッダーに続いて、PDBファイルにはSEQRESレコード内のマクロ分子の一次配列情報が含まれます。これらのレコードは、鎖に表示される残基（タンパク質のアミノ酸、核酸のヌクレオチド）の配列をリストします。この情報は、分子の配列とその3次元構造の関係を理解するために不可欠です。

ATOMレコードは、分子内の各原子の座標が含まれているため、PDBファイルの最も重要な部分であると言っても過言ではありません。各ATOMレコードには、原子シリアル番号、原子名、残基名、鎖識別子、残基配列番号、およびオングストローム単位の原子のx、y、z直交座標が含まれます。ATOMレコードは、PyMOL、Chimera、VMDなどの特殊なソフトウェアを使用して視覚化できる分子の3次元構造の再構築を可能にします。

ATOMレコードに加えて、金属イオン、水分子、またはタンパク質または核酸に結合した他の小分子などの非標準残基またはリガンドの一部である原子のHETATMレコードがあります。これらのレコードはATOMレコードと同様にフォーマットされていますが、構造内の非マクロ分子成分の識別を容易にするために区別されています。

接続情報は、原子間の結合をリストするCONECTレコードで提供されます。これらのレコードは必須ではありません。ほとんどの分子視覚化および分析ソフトウェアは、原子間の距離に基づいて接続性を推測できるためです。ただし、原子座標だけでは結合が明らかでない可能性がある、異常な結合または金属配位錯体を含む構造を定義するために不可欠です。

PDBフォーマットには、アルファヘリックスやベータシートなどの二次構造要素を指定するためのレコードも含まれています。HELIXおよびSHEETレコードはこれらの構造を識別し、配列内のそれらの位置に関する情報を提供します。この情報は、マクロ分子のフォールディングパターンを理解するのに役立ち、比較研究やモデリングに不可欠です。

構造を決定するために使用される実験データと方法は、PDBファイルにも記録されています。EXPDTAなどのレコードは実験手法（例：X線結晶構造解析、NMR分光法）を説明し、REMARKレコードには、データ収集、分解能、および洗練統計に関する詳細を含む、構造に関するさまざまなコメントや注釈を含めることができます。

ENDレコードはPDBファイルの終わりを示します。PDBフォーマットは広く使用されていますが、その古さと固定列幅フォーマットのためにいくつかの制限があることに注意することが重要です。これにより、多数の原子を持つ、またはより高い精度を必要とする最新の構造に問題が発生する可能性があります。これらの制限に対処するために、mmCIF（マクロ分子結晶構造情報ファイル）と呼ばれる更新されたフォーマットが開発されました。これは、マクロ分子構造を表すためのより柔軟で拡張可能なフレームワークを提供します。

mmCIFフォーマットの開発にもかかわらず、PDBフォーマットは、そのシンプルさとそれをサポートする膨大な数のソフトウェアツールのために依然として人気があります。研究者は、ニーズや使用しているツールに応じて、PDBとmmCIFのフォーマット間で変換することがよくあります。PDBフォーマットの寿命は、構造生物学の分野におけるその基本的な役割と、比較的簡単な方法で複雑な構造情報を伝えるその有効性の証です。

PDBファイルを使用するために、科学者はさまざまな計算ツールを使用します。分子視覚化ソフトウェアを使用すると、ユーザーはPDBファイルをロードし、3次元で構造を表示し、回転させ、ズームインおよびズームアウトし、さまざまなレンダリングスタイルを適用して、原子の空間的配置をよりよく理解できます。これらのツールは、距離、角度、二面角の測定、分子動力学のシミュレーション、構造内または潜在的なリガンドとの相互作用の分析などの追加機能を備えていることがよくあります。

PDBフォーマットは、計算生物学や創薬でも重要な役割を果たします。PDBファイルからの構造情報は、相同モデリングで使用されます。相同モデリングでは、関連するタンパク質の既知の構造を使用して、目的のタンパク質の構造を予測します。構造ベースの創薬では、標的タンパク質のPDBファイルを使用して、潜在的な医薬品化合物をスクリーニングおよび最適化し、その後、それらを合成して実験室でテストできます。

PDBフォーマットの影響は、個々の研究プロジェクトを超えています。タンパク質構造データバンク自体は、現在150,000以上の構造を含むリポジトリであり、新しい構造が決定されてデポジットされるにつれて成長し続けています。このデータベースは教育にとって貴重なリソースであり、学生は生物学的マクロ分子の構造を探索して学ぶことができます。また、過去数十年間の構造生物学の進歩の歴史的記録としても機能します。

結論として、PDB画像フォーマットは構造生物学の分野における重要なツールであり、生物学的マクロ分子の3次元構造を格納、共有、分析する方法を提供します。いくつかの制限がありますが、その広範な採用と、その使用のための豊富なツールのエコシステムの開発により、近い将来も重要なフォーマットであり続けることが保証されています。構造生物学の分野が進化し続けるにつれて、PDBフォーマットはmmCIFなどのより高度なフォーマットによって補完される可能性がありますが、そのレガシーは、現代の構造生物学が構築された基盤として永続します。