แปลง รูปภาพใด ๆ เป็น PDB

รูปแบบภาพ PDB (Protein Data Bank) ไม่ใช่รูปแบบ 'ภาพ' แบบดั้งเดิมอย่าง JPEG หรือ PNG แต่เป็นรูปแบบข้อมูลที่จัดเก็บข้อมูลโครงสร้างสามมิติเกี่ยวกับโปรตีน กรดนิวคลีอิก และการประกอบเชิงซ้อน รูปแบบ PDB เป็นรากฐานของชีวสารสนเทศและชีววิทยาเชิงโครงสร้าง เนื่องจากช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็น แชร์ และวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุลของโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ได้ คลังข้อมูล PDB ได้รับการจัดการโดย Worldwide Protein Data Bank (wwPDB) ซึ่งรับรองว่าข้อมูล PDB นั้นเปิดให้สาธารณชนเข้าถึงได้ฟรีทั่วโลก

รูปแบบ PDB ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1970 เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับวิธีมาตรฐานในการแสดงโครงสร้างโมเลกุล ตั้งแต่นั้นมา ก็ได้มีการพัฒนาเพื่อรองรับข้อมูลโมเลกุลที่หลากหลาย รูปแบบนี้ใช้ข้อความเป็นหลักและสามารถอ่านได้ทั้งโดยมนุษย์และประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วยชุดของเรกคอร์ด ซึ่งแต่ละเรกคอร์ดเริ่มต้นด้วยตัวระบุบรรทัดหกอักขระที่ระบุประเภทของข้อมูลที่มีอยู่ในเรกคอร์ดนั้น เรคคอร์ดให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้าง รวมถึงพิกัดอะตอม การเชื่อมต่อ และข้อมูลเชิงทดลอง

ไฟล์ PDB ทั่วไปจะเริ่มต้นด้วยส่วนหัว ซึ่งรวมถึงข้อมูลเมตาเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีนหรือกรดนิวคลีอิก ส่วนนี้มีเรกคอร์ดต่างๆ เช่น TITLE ซึ่งให้คำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับโครงสร้าง COMPND ซึ่งแสดงรายการส่วนประกอบทางเคมี และ SOURCE ซึ่งอธิบายถึงที่มาของโมเลกุลชีวภาพ ส่วนหัวยังรวมถึงเรกคอร์ด AUTHOR ซึ่งแสดงรายชื่อบุคคลที่กำหนดโครงสร้าง และเรกคอร์ด JOURNAL ซึ่งให้การอ้างอิงถึงเอกสารที่อธิบายโครงสร้างครั้งแรก

ถัดจากส่วนหัว ไฟล์ PDB จะมีข้อมูลลำดับหลักของโมเลกุลชีวภาพในเรกคอร์ด SEQRES เรกคอร์ดเหล่านี้แสดงรายการลำดับของสารตกค้าง (กรดอะมิโนสำหรับโปรตีน นิวคลีโอไทด์สำหรับกรดนิวคลีอิก) ตามที่ปรากฏในสายโซ่ ข้อมูลนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างลำดับของโมเลกุลและโครงสร้างสามมิติ

เรกคอร์ด ATOM อาจเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของไฟล์ PDB เนื่องจากมีพิกัดสำหรับอะตอมแต่ละอะตอมในโมเลกุล แต่ละเรกคอร์ด ATOM ประกอบด้วยหมายเลขลำดับอะตอม ชื่ออะตอม ชื่อสารตกค้าง ตัวระบุสายโซ่ หมายเลขลำดับสารตกค้าง และพิกัดคาร์ทีเซียน x, y และ z ของอะตอมในหน่วยแองสตรอม เรกคอร์ด ATOM ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลขึ้นใหม่ ซึ่งสามารถมองเห็นได้โดยใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะทาง เช่น PyMOL, Chimera หรือ VMD

นอกเหนือจากเรกคอร์ด ATOM แล้ว ยังมีเรกคอร์ด HETATM สำหรับอะตอมที่เป็นส่วนของสารตกค้างหรือลิแกนด์ที่ไม่ได้มาตรฐาน เช่น ไอออนโลหะ โมเลกุลน้ำ หรือโมเลกุลขนาดเล็กอื่นๆ ที่ยึดติดกับโปรตีนหรือกรดนิวคลีอิก เรกคอร์ดเหล่านี้มีรูปแบบคล้ายกับเรกคอร์ด ATOM แต่มีความแตกต่างเพื่ออำนวยความสะดวกในการระบุส่วนประกอบที่ไม่ใช่โมเลกุลชีวภาพภายในโครงสร้าง

ข้อมูลการเชื่อมต่อมีอยู่ในเรกคอร์ด CONECT ซึ่งแสดงรายการพันธะระหว่างอะตอม เรกคอร์ดเหล่านี้ไม่จำเป็น เนื่องจากซอฟต์แวร์การวิเคราะห์และการมองเห็นโมเลกุลส่วนใหญ่สามารถอนุมานการเชื่อมต่อได้จากระยะห่างระหว่างอะตอม อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับการกำหนดพันธะที่ผิดปกติหรือสำหรับโครงสร้างที่มีสารเชิงซ้อนของการประสานโลหะ ซึ่งการเชื่อมอาจไม่ชัดเจนจากพิกัดอะตอมเพียงอย่างเดียว

รูปแบบ PDB ยังรวมถึงเรกคอร์ดสำหรับการระบุองค์ประกอบโครงสร้างทุติยภูมิ เช่น เกลียวอัลฟาและแผ่นเบตา เรกคอร์ด HELIX และ SHEET ระบุโครงสร้างเหล่านี้และให้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของโครงสร้างเหล่านี้ภายในลำดับ ข้อมูลนี้ช่วยในการทำความเข้าใจรูปแบบการพับของโมเลกุลชีวภาพและมีความจำเป็นสำหรับการศึกษาเปรียบเทียบและการสร้างแบบจำลอง

ข้อมูลเชิงทดลองและวิธีการที่ใช้ในการกำหนดโครงสร้างมีการบันทึกไว้ในไฟล์ PDB ด้วย เรกคอร์ดต่างๆ เช่น EXPDTA อธิบายเทคนิคการทดลอง (เช่น การวิเคราะห์ผลึกด้วยรังสีเอกซ์ สเปกโทรสโกปี NMR) ในขณะที่เรกคอร์ด REMARK สามารถมีคำอธิบายประกอบและคำอธิบายประกอบเกี่ยวกับโครงสร้างได้หลากหลาย รวมถึงรายละเอียดเกี่ยวกับการรวบรวมข้อมูล ความละเอียด และสถิติการปรับแต่ง

เรกคอร์ด END แสดงถึงจุดสิ้นสุดของไฟล์ PDB สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าแม้ว่ารูปแบบ PDB จะใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการเนื่องจากอายุและรูปแบบความกว้างของคอลัมน์คงที่ ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาเกี่ยวกับโครงสร้างสมัยใหม่ที่มีอะตอมจำนวนมากหรือต้องการความแม่นยำที่สูงขึ้น เพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ จึงได้มีการพัฒนารูปแบบที่อัปเดตที่เรียกว่า mmCIF (Macromolecular Crystallographic Information File) ซึ่งนำเสนอกรอบที่ยืดหยุ่นและขยายได้มากขึ้นสำหรับการแสดงโครงสร้างโมเลกุลชีวภาพ

แม้จะมีการพัฒนาของรูปแบบ mmCIF แต่รูปแบบ PDB ยังคงเป็นที่นิยมเนื่องจากความเรียบง่ายและเครื่องมือซอฟต์แวร์จำนวนมากที่รองรับ นักวิจัยมักแปลงระหว่างรูปแบบ PDB และ mmCIF โดยขึ้นอยู่กับความต้องการและเครื่องมือที่พวกเขากำลังใช้ ความยืนยาวของรูปแบบ PDB เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงบทบาทพื้นฐานในสาขาชีววิทยาเชิงโครงสร้างและประสิทธิภาพในการถ่ายทอดข้อมูลโครงสร้างที่ซับซ้อนในลักษณะที่ค่อนข้างตรงไปตรงมา

ในการทำงานกับไฟล์ PDB นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องมือการคำนวณที่หลากหลาย ซอฟต์แวร์การมองเห็นโมเลกุลช่วยให้ผู้ใช้สามารถโหลดไฟล์ PDB และดูโครงสร้างในสามมิติ หมุน ซูมเข้าและออก และใช้สไตล์การเรนเดอร์ที่แตกต่างกันเพื่อทำความเข้าใจการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมได้ดียิ่งขึ้น เครื่องมือเหล่านี้มักให้ฟังก์ชันการทำงานเพิ่มเติม เช่น การวัดระยะทาง มุม และไดฮีดรอล การจำลองพลวัตของโมเลกุล และการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ภายในโครงสร้างหรือกับลิแกนด์ที่อาจเกิดขึ้นได้

รูปแบบ PDB ยังมีบทบาทสำคัญในชีววิทยาการคำนวณและการค้นพบยา ข้อมูลโครงสร้างจากไฟล์ PDB ใช้ในการสร้างแบบจำลองโฮโมโลยี ซึ่งโครงสร้างที่ทราบของโปรตีนที่เกี่ยวข้องจะใช้เพื่อทำนายโครงสร้างของโปรตีนที่สนใจ ในการออกแบบยาตามโครงสร้าง ไฟล์ PDB ของโปรตีนเป้าหมายจะใช้เพื่อคัดกรองและปรับแต่งสารประกอบยาที่มีศักยภาพ ซึ่งจากนั้นสามารถสังเคราะห์และทดสอบในห้องปฏิบัติการได้

ผลกระทบของรูปแบบ PDB ขยายไปไกลกว่าโครงการวิจัยแต่ละโครงการ Protein Data Bank เองเป็นที่เก็บข้อมูลที่มีโครงสร้างมากกว่า 150,000 โครงสร้างในปัจจุบัน และยังคงเติบโตต่อไปเมื่อมีการกำหนดและฝากโครงสร้างใหม่ ฐานข้อมูลนี้เป็นแหล่งข้อมูลที่มีค่าสำหรับการศึกษา ช่วยให้นักเรียนสามารถสำรวจและเรียนรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลชีวภาพ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นบันทึกทางประวัติศาสตร์ของความก้าวหน้าในชีววิทยาเชิงโครงสร้างในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา

สรุปแล้ว รูปแบบภาพ PDB เป็นเครื่องมือสำคัญในสาขาชีววิทยาเชิงโครงสร้าง โดยให้วิธีการจัดเก็บ แชร์ และวิเคราะห์โครงสร้างสามมิติของโมเลกุลชีวภาพ แม้ว่าจะมี