Lihat metadata EXIF untuk gambar PDB apa saja

Format gambar PDB (Protein Data Bank) bukanlah format 'gambar' tradisional seperti JPEG atau PNG, melainkan format data yang menyimpan informasi struktural tiga dimensi tentang protein, asam nukleat, dan rakitan kompleks. Format PDB adalah landasan bioinformatika dan biologi struktural, karena memungkinkan para ilmuwan untuk memvisualisasikan, berbagi, dan menganalisis struktur molekul makromolekul biologis. Arsip PDB dikelola oleh Worldwide Protein Data Bank (wwPDB), yang memastikan bahwa data PDB tersedia secara bebas dan publik bagi komunitas global.

Format PDB pertama kali dikembangkan pada awal tahun 1970-an untuk memenuhi kebutuhan yang semakin besar akan metode standar dalam merepresentasikan struktur molekul. Sejak saat itu, format ini telah berkembang untuk mengakomodasi berbagai data molekul. Format ini berbasis teks dan dapat dibaca oleh manusia serta diproses oleh komputer. Format ini terdiri dari serangkaian catatan, yang masing-masing dimulai dengan pengenal baris enam karakter yang menentukan jenis informasi yang terkandung dalam catatan tersebut. Catatan tersebut memberikan deskripsi rinci tentang struktur, termasuk koordinat atom, konektivitas, dan data eksperimental.

File PDB biasanya dimulai dengan bagian header, yang mencakup metadata tentang struktur protein atau asam nukleat. Bagian ini berisi catatan seperti TITLE, yang memberikan deskripsi singkat tentang struktur; COMPND, yang mencantumkan komponen kimia; dan SOURCE, yang menjelaskan asal molekul biologis. Header juga mencakup catatan AUTHOR, yang mencantumkan nama orang-orang yang menentukan struktur, dan catatan JOURNAL, yang memberikan kutipan ke literatur tempat struktur pertama kali dijelaskan.

Setelah header, file PDB berisi informasi urutan primer makromolekul dalam catatan SEQRES. Catatan ini mencantumkan urutan residu (asam amino untuk protein, nukleotida untuk asam nukleat) sebagaimana yang muncul dalam rantai. Informasi ini sangat penting untuk memahami hubungan antara urutan molekul dan struktur tiga dimensinya.

Catatan ATOM bisa dibilang merupakan bagian terpenting dari file PDB, karena berisi koordinat untuk setiap atom dalam molekul. Setiap catatan ATOM mencakup nomor seri atom, nama atom, nama residu, pengenal rantai, nomor urutan residu, dan koordinat Kartesius x, y, dan z atom dalam angstrom. Catatan ATOM memungkinkan rekonstruksi struktur tiga dimensi molekul, yang dapat divisualisasikan menggunakan perangkat lunak khusus seperti PyMOL, Chimera, atau VMD.

Selain catatan ATOM, terdapat catatan HETATM untuk atom yang merupakan bagian dari residu atau ligan non-standar, seperti ion logam, molekul air, atau molekul kecil lainnya yang terikat pada protein atau asam nukleat. Catatan ini diformat mirip dengan catatan ATOM tetapi dibedakan untuk memfasilitasi identifikasi komponen non-makromolekul dalam struktur.

Informasi konektivitas disediakan dalam catatan CONECT, yang mencantumkan ikatan antar atom. Catatan ini tidak wajib, karena sebagian besar perangkat lunak visualisasi dan analisis molekul dapat menyimpulkan konektivitas berdasarkan jarak antar atom. Namun, catatan ini sangat penting untuk mendefinisikan ikatan yang tidak biasa atau untuk struktur dengan kompleks koordinasi logam, di mana ikatan mungkin tidak terlihat jelas dari koordinat atom saja.

Format PDB juga mencakup catatan untuk menentukan elemen struktur sekunder, seperti heliks alfa dan lembaran beta. Catatan HELIX dan SHEET mengidentifikasi struktur ini dan memberikan informasi tentang lokasinya dalam urutan. Informasi ini membantu dalam memahami pola lipatan makromolekul dan sangat penting untuk studi komparatif dan pemodelan.

Data eksperimental dan metode yang digunakan untuk menentukan struktur juga didokumentasikan dalam file PDB. Catatan seperti EXPDTA menjelaskan teknik eksperimental (misalnya, kristalografi sinar-X, spektroskopi NMR), sementara catatan REMARK dapat berisi berbagai komentar dan anotasi tentang struktur, termasuk detail tentang pengumpulan data, resolusi, dan statistik penyempurnaan.

Catatan END menandakan akhir dari file PDB. Penting untuk dicatat bahwa meskipun format PDB banyak digunakan, format ini memiliki beberapa keterbatasan karena usianya dan format lebar kolom tetap, yang dapat menyebabkan masalah dengan struktur modern yang memiliki banyak atom atau memerlukan presisi yang lebih tinggi. Untuk mengatasi keterbatasan ini, format yang diperbarui yang disebut mmCIF (File Informasi Kristalografi Makromolekul) telah dikembangkan, yang menawarkan kerangka kerja yang lebih fleksibel dan dapat diperluas untuk merepresentasikan struktur makromolekul.

Terlepas dari pengembangan format mmCIF, format PDB tetap populer karena kesederhanaannya dan banyaknya perangkat lunak yang mendukungnya. Para peneliti sering mengonversi antara format PDB dan mmCIF tergantung pada kebutuhan mereka dan alat yang mereka gunakan. Umur panjang format PDB merupakan bukti peran fundamentalnya dalam bidang biologi struktural dan keefektifannya dalam menyampaikan informasi struktural yang kompleks dengan cara yang relatif mudah.

Untuk bekerja dengan file PDB, para ilmuwan menggunakan berbagai alat komputasi. Perangkat lunak visualisasi molekul memungkinkan pengguna untuk memuat file PDB dan melihat struktur dalam tiga dimensi, memutarnya, memperbesar dan memperkecil, dan menerapkan gaya rendering yang berbeda untuk lebih memahami susunan spasial atom. Alat-alat ini sering kali menyediakan fungsionalitas tambahan, seperti mengukur jarak, sudut, dan dihedral, mensimulasikan dinamika molekul, dan menganalisis interaksi dalam struktur atau dengan ligan potensial.

Format PDB juga memainkan peran penting dalam biologi komputasi dan penemuan obat. Informasi struktural dari file PDB digunakan dalam pemodelan homologi, di mana struktur yang diketahui dari protein terkait digunakan untuk memprediksi struktur protein yang diminati. Dalam desain obat berbasis struktur, file PDB dari protein target digunakan untuk menyaring dan mengoptimalkan senyawa obat potensial, yang kemudian dapat disintesis dan diuji di laboratorium.

Dampak format PDB melampaui proyek penelitian individu. Protein Data Bank sendiri adalah repositori yang saat ini berisi lebih dari 150.000 struktur, dan terus bertambah seiring dengan ditentukan dan disimpannya struktur baru. Basis data ini merupakan sumber yang sangat berharga untuk pendidikan, memungkinkan siswa untuk mengeksplorasi dan mempelajari struktur makromolekul biologis. Ini juga berfungsi sebagai catatan sejarah kemajuan dalam biologi struktural selama beberapa dekade terakhir.

Sebagai kesimpulan, format gambar PDB adalah alat penting dalam bidang biologi struktural, yang menyediakan sarana untuk menyimpan, berbagi, dan menganalisis struktur tiga dimensi makromolekul biologis. Meskipun memiliki beberapa keterbatasan, adopsi yang luas dan pengembangan ekosistem alat yang kaya untuk penggunaannya memastikan bahwa format ini akan tetap menjadi format utama di masa mendatang. Seiring dengan terus berkembangnya bidang biologi struktural, format PDB kemungkinan akan dilengkapi dengan format yang lebih canggih seperti mmCIF, tetapi warisannya akan tetap bertahan sebagai fondasi tempat biologi struktural modern dibangun.