"Videmus nunc per speculum in aenigmate"
(S. Paolo, 1 Co 13, 1-13)
 
“La scienza è sempre imperfetta. Ogni volta che risolve un problema, ne crea almeno dieci nuovi.”
(George Bernard Shaw)
 
 
 
I file che contengono i dati ottenuti mediante cristallografia ai raggi X sono la base di partenza per ricostruire le immagini tridimensionali delle macromolecole biologiche. Uno dei siti più interessanti è quello dell'Istituto di Biotecnologia molecolare dell'Università di Jena che trovate all’indirizzo
 
http://www.fli-leibniz.de/IMAGE.html
 
e nel quale esiste una straordinaria raccolta di file nel formato standard Brookaven Protein Databank File (file con estensione .pdb), il formato riconosciuto da tutti i programmi per la rappresentazione tridimensionale di macromolecole biologiche.
 
Il Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) è un consorzio no-profit che ha come scopo il miglioramento della comprensione delle funzioni dei sistemi biologici mediante lo studio della struttura tridimensionale delle macromolecole biologiche. Sul suo portale
 
https://www.rcsb.org/pdb/home/home.do
 
si fa riferimento a decine di migliaia di strutture di macromolecole biologiche
 
 
Visualizzazione 3d di una molecola di emoglobina A
 
Impieghiamo per questa e le altre visualizzazioni la versione web (JSmol) di Jmol.  Fate click su emoglobina e attendete alcuni istanti fino alla comparsa nella finestra di Jmol della molecola, quindi:
1) aprite il menù facendo click sulla molecola con il tasto destro del mouse;
2) selezionate Seleziona → Etero → Tutta l’Acqua [avete selezionato le molecole di acqua che il più delle volte rimangono nel processo di cristallizzazione della macromolecola come contaminanti];
3) selezionate Stile → Atomi → Disattivo [le molecole di acqua scompaiono];
4) selezionate Seleziona → Proteina → Tutti [selezionate tutta la parte proteica della molecola];
5) fate click con  il tasto sinistro del mouse su → 20% nel Raggio di Van der Waals [la parte proteica della molecola viene ridotta e si vedono finalmente comparire i quattro gruppi eme che prima erano nascosti]
6) selezionate Stile → Schema → Fumetto [risultano ora evidenti le parti della catena polipeptidica che assumono la struttura ad alfa-elica]
 
 
Visualizzazione 3d di una molecola di IgG
 
Fate click su immunoglobuline della classe IgG e attendete alcuni istanti fino alla comparsa nella finestra di Jmol della molecola, quindi:
1) aprite il menù facendo click sulla molecola con il tasto destro del mouse;
2) selezionate Seleziona → Proteina → Catene Laterali [avete selezionato le catene polipeptidiche che sporgono lateralmente dalla catena polipeptidica dorsale];
3) fate click con  il tasto sinistro del mouse su → 20% nel Raggio di Van der Waals [le catene polipeptidiche che sporgono lateralmente dalla catena polipeptidica dorsale sono ridotte di dimensioni, e quest’ultima risulta più evidente];
4) selezionate Seleziona → Proteina → Backbone [avete selezionato la catena polipeptidica dorsale];
5) selezionate Stile → Schema → Traccia [a questo punto vedete finalmente la parte carboidratica della immunoglobulina, che prima era nascosta].
 
 
Le macromolecole 3d che ho incluso in questo sito
 
Riproponendomi di aggiungerne altre, e magari in modo dinamico e più strutturato, per ora ho riportato alcune immagini significative di:
→ acidi nucleici: DNA e RNA messaggero per la fenilalanina;
→ ormoni: l'insulina, la calcitonina, l'ossitocina e l'ormone della crescita;
→ enzimi: l'acetilcolinesterasi, la lattato deidrogenasi (LDH), il lisozima, la lipasi, l'AST, l'alcool-deidrogenasi e l'amilasi pancreatica;
→ proteine della coagulazione: l'antitrombina III e il fibrinogeno;
→ proteine del siero: la prealbumina, l'albumina, la transferrina, la ceruloplasmina;
→ marcatori tumorali: il PSA;
→ proteine di membrana: porina e ICAM (InterCellular Adhesion Molecule)
 
Ho aggiunto ancora le rappresentazioni tridimensionali di:
→ proteine contenenti il gruppo eme: emoglobina, emoglobina S (la variante emoglobinica che provoca l'anemia falciforme), mioglobina, citocromo C ossidasi (nella forma ridotta) e del gruppo eme isolato (l'anello ferroprotoporfirinico che lega l'ossigeno nell'emoglobina);
→ altre importanti macromolecole biologiche: l'acido ialuronico, il recettore per l'estradiolo, le immunoglobuline della classe IgG.
 
In chiusura non posso non ricordare il premio Nobel per la chimica del 1994, assegnato a Aaron Ciechanover, Avram Hershko e Irwin Rose per i loro studi su come la cellula sia in grado di regolare la presenza delle proteine al proprio interno marcandole con un polipeptide, l’ubiquitina. Le proteine così marcate sono immediatamente degradate in una struttura denominata proteasoma. Se volete cimentarvi nell’impresa, e avete la pazienza necessaria per il download di 793 [sic!] pagine di dati di cristallografia ai raggi X (corrispondenti a 4 Mb di file), potrete vedere con i vostri occhi l’incredibile struttura 3d del
 
proteasoma,
 
il “tritaproteine” molecolare intracellulare.
 
 
Se non riuscite a visualizzare le macromolecole 3d
 
Se non riuscite a visualizzare le macromolecole 3d via web, è possibile che abbiate una versione vecchia (o non l’avete del tutto) del Java Runtime Environment (o Java Virtual Machine), che dovete a questo punto installare per la prima volta (o installare nuovamente) collegandovi al sito
 
http://www.java.com/it/
 
Inoltre potrebbe essere necessario abilitare le applet Java impiegate per la rappresentazione delle molecole: dal Pannello di controllo di Windows fare click su Java, quindi nella scheda Sicurezza, nell’elenco Lista di eccezione dei siti, inserire l’indirizzo del sito https://www.bayes.it
 
Infine potrebbe essere necessario abilitare le applet Java anche nel browser (vedere le istruzioni specifiche per il browser che utilizzate).
 
 
Software per visualizzare le immagini di macromolecole 3d in locale sul PC
 
Se possedete ancora una vecchia versione di Chime eseguite alla lettera le istruzioni che ho fornito nella Homepage di questo sito per la molecola di DNA che vedete ruotare sotto il ritratto di Bayes (istruzioni che ho ripetuto per la molecola di emoglobina nella pagina delle Analisi tradizionali). In questo modo per ogni molecola avrete un file .html e un file .pdb e, facendo doppio click con il tasto sinistro del mouse sul file .html, i dati del file .pdb saranno caricati e interpretati da Chime, e finalmente presentati all’interno del browser. Fate quindi click con il tasto destro del mouse sulla molecola per acceder al menù di Chime.
 
Meglio ancora potete scaricare da questo stesso sito il programma Jmol nella versione eseguibile standalone, che non richiede installazione. Fate click sul link per effettuare il download del file. Quando scompattate il file Jmol_exe.zip viene generata la cartella Jmol_exe all’interno della quale trovate il file Jmol.jar, cioè il programma, più una serie di file .html che sono i file che contengono i dati delle molecole da rappresentare e che vi ho accluso: sono le stesse che avete visto qui sopra. Fate doppio click sul file Jmol.jar e vi si aprirà il programma.
 
Jmol_exe
 
Facendo cick su File e quindi su Apri potete selezionare le molecole da rappresentare. La cosa interessante è che oltre a quelle che ho qui fornito, a puro titolo di esempio, una infinità di altre molecole possono essere scaricate direttamente mediante Jmol dai siti specializzati. Per questa e per tutte le funzioni disponibili si rimanda al programma e alla sua documentazione che trovate su
 
http://jmol.sourceforge.net/docs/
 
Se è facile intuire subito i colori degli atomi più rappresentati nelle macromolecole (bianco = H, grigio = C, rosso = O, blu = N, giallo = S), per interpretare gli altri  dovrete consultare la tabella con i colori utilizzati per rappresentare gli atomi (http://jmol.sourceforge.net/jscolors/).
 
Inoltre per la comprensione delle rappresentazioni  (di default Jmol presenta le molecole con i raggi di Van der Waals) è importante la tabella dei raggi atomici e ionici (http://jmol.sourceforge.net/radii/).
 
Alla pagina http://jmol.sourceforge.net/docs/surface/ invece trovate la documentazione necessaria per capire il significato delle superfici molecolari che Jmol è in grado di generare.
 
 
Software per visualizzare le immagini di macromolecole 3d su un sito web
 
Per visualizzare le molecole via world wide web (http://www.w3.org/) da questo mio sito, ho utilizzato JSmol, la versione web di Jmol la cui documentazione completa è di nuovo disponibile sul sito
 
http://www.jmol.org/
 
dal quale il potete scaricare i componenti che devono essere inglobati nelle pagine web.

Macromolecole 3d

Ultimo aggiornamento: 14 aprile  2021

DNA_0527s
Bayes
 
NOTA SUI COLLEGAMENTI
ALLE FONTI BIBLIOGRAFICHE
 
La maggior parte dei collegamenti ad articoli scientifici riportati nel sito fa riferimento a riviste online che forniscono gratuitamente l’articolo originale. In alcuni casi è necessario registrarsi sul sito per avere libero accesso agli articoli: questo accade per esempio con il BMJ. Quando i collegamenti  fanno riferimento a fonti bibliografiche a pagamento, chi non ha sottoscritto un abbonamento con la rivista potrebbe vedere comparire un messaggio del tipo “access forbidden”, ma il più delle volte vedrà comparire una pagina che consente di acquistare online l’articolo originale.
 
 

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