Three-dimensional (3D) models are essential for visualization and conceptual understanding of complex architectures such as protein structure. Although there is a plethora of software platforms that allow digital depictions of protein structure at an atomic level in silico, physical models are needed to convey an intuitive understanding of biomolecular architecture. However, it is a challenge to represent all the relevant features of proteins in a single physical model due to their sheer structural complexity. Here, we describe a modular protein model that focuses only on representation of the secondary structure—the underlying structural skeleton. The simplified model consists of amino acid units, which can be linked together to reproduce the two most fundamental structural features of protein secondary structure: the relative positions of the amino acid alpha carbon atoms, and the intra-main chain hydrogen bonding pattern. We use 3D printing and magnets to create a set of three modular amino acid building blocks, which when linked together into a chain, can faithfully represent alpha helices, beta sheets, and turns. These simple to make models can be used to quickly assemble the alpha carbon trace of an entire protein domain, which conveys a tactile experience of the complexity of protein skeletal architecture. These models highlight the modularity of protein structure: where a single structural unit, the amino acid, can be linked together to form a larger, regular secondary structure. These models also have a propensity to spontaneously organize into alpha helices and beta sheets, as demonstrated by their ability to autonomously assemble when placed in a circulating water tank. These models provide a missing educational tool to expand knowledge of protein structure, foster deeper insight into protein folding, and inspire greater interest in biomacromolecular architecture.

中文翻译：

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骨骼：蛋白质二级结构的模块化简化物理模型

三维（3D）模型对于可视化和概念理解复杂的结构（例如蛋白质结构）至关重要。尽管有很多软件平台可以在计算机上以原子级对蛋白质结构进行数字描述需要物理模型来传达对生物分子结构的直观了解。然而，由于其纯粹的结构复杂性，在单一物理模型中代表蛋白质的所有相关特征是一个挑战。在这里，我们描述了一个模块化的蛋白质模型，该模型仅着重于二级结构（基础结构骨架）的表示。简化模型由氨基酸单元组成，可以将它们连接在一起以再现蛋白质二级结构的两个最基本的结构特征：氨基酸α碳原子的相对位置和主链内氢键模式。我们使用3D打印和磁铁来创建一组三个模块化的氨基酸构建基块，当它们链接成一条链时，可以忠实地代表α螺旋，β折叠，并转身。这些简单易用的模型可用于快速组装整个蛋白质结构域的α碳迹线，从而传达出蛋白质骨架结构复杂性的触觉体验。这些模型突出了蛋白质结构的模块化：单个结构单元（氨基酸）可以连接在一起以形成更大的规则二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。这些简单易用的模型可用于快速组装整个蛋白质结构域的α碳迹线，从而传达出蛋白质骨架结构复杂性的触觉体验。这些模型突出了蛋白质结构的模块化：单个结构单元（氨基酸）可以连接在一起以形成更大的规则二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。这些简单易用的模型可用于快速组装整个蛋白质结构域的α碳迹线，从而传达出蛋白质骨架结构复杂性的触觉体验。这些模型突出了蛋白质结构的模块化：单个结构单元（氨基酸）可以连接在一起以形成更大的规则二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。传达了蛋白质骨架结构复杂性的触觉体验。这些模型突出了蛋白质结构的模块化：单个结构单元（氨基酸）可以连接在一起以形成更大的规则二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。传达了蛋白质骨架结构复杂性的触觉体验。这些模型突出了蛋白质结构的模块化：单个结构单元（氨基酸）可以连接在一起以形成更大的规则二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。有规律的二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。有规律的二级结构。这些模型还具有自发组织为α螺旋和β薄片的倾向，这可以通过放置在循环水箱中时自动组装的能力来证明。这些模型提供了缺少的教育工具，可用于扩展蛋白质结构的知识，促进对蛋白质折叠的深入了解，并激发人们对生物大分子结构的更大兴趣。