Доступная площадь поверхности - Accessible surface area

Изображение доступной для растворителя поверхности в сравнении с поверхность Ван-дер-Ваальса. Поверхность Ван-дер-Ваальса, заданная атомными радиусами, показана красным. Доступная поверхность изображена пунктирными линиями и создается путем отслеживания центра сферы зонда (синего цвета), когда она катится по ван-дер-ваальсовой поверхности. Обратите внимание, что изображенный здесь радиус зонда имеет меньший масштаб, чем типичный 1,4 Å.

В доступная площадь поверхности (ASA) или доступная для растворителя поверхность (SASA) - это площадь поверхности из биомолекула это доступно для растворитель. Измерение ASA обычно выражается в квадратных единицах. Ангстремс (стандартный единица измерения из измерение в молекулярная биология ). ASA была впервые описана Ли и Ричардсом в 1971 году и иногда ее называют Молекулярная поверхность Ли-Ричардса.[1] ASA обычно рассчитывается с использованием алгоритма «катящегося шарика», разработанного Shrake & Rupley в 1973 году.[2] В этом алгоритме используется сфера (растворителя) определенного радиус «зондировать» поверхность молекула.

Методы расчета ASA

Алгоритм Шрейка – Рупли

Алгоритм Шрейка – Рупли - это численный метод, который рисует сетку точек, равноудаленных от каждого атома молекулы, и использует количество этих точек, доступных для растворителя, для определения площади поверхности.[2] Точки нарисованы на расчетном радиусе молекулы воды за пределами радиуса Ван-дер-Ваальса, что фактически похоже на «катание шара» по поверхности. Все точки проверяются на поверхности соседних атомов, чтобы определить, находятся ли они под землей или доступны. Количество доступных точек умножается на долю площади поверхности, которую представляет каждая точка, для расчета ASA. Выбор «радиуса зонда» действительно влияет на наблюдаемую площадь поверхности, поскольку использование меньшего радиуса зонда позволяет обнаруживать больше деталей поверхности и, следовательно, сообщает о большей поверхности. Типичное значение составляет 1,4 Å, что приблизительно соответствует радиусу молекулы воды. Еще одним фактором, влияющим на результаты, является определение VDW-радиусов атомов в исследуемой молекуле. Например, в молекуле часто могут отсутствовать атомы водорода, которые неявно присутствуют в структуре. Атомы водорода могут быть неявно включены в атомные радиусы «тяжелых» атомов с мерой, называемой «групповыми радиусами». Кроме того, количество точек, созданных на поверхности Ван-дер-Ваальса каждого атома, определяет другой аспект дискретизация, где большее количество точек обеспечивает повышенный уровень детализации.

LCPO метод

В методе LCPO используется линейное приближение из проблема двух тел для более быстрого аналитического расчета ASA.[3] Приближения, используемые в LCPO, приводят к ошибке в диапазоне 1-3 Ų.

Метод диаграммы мощности

Недавно был представлен метод, позволяющий быстро и аналитически вычислить ASA с использованием схема питания.[4]

Приложения

Доступная площадь поверхности часто используется при расчете передавать свободную энергию требуется для перемещения биомолекулы из водного растворителя в неполярный растворитель, такой как липидная среда. Метод LCPO также используется при расчете неявный растворитель эффекты в программном пакете молекулярной динамики ЯНТАРЬ.

Недавно было предложено использовать (предсказанную) доступную площадь поверхности для улучшения прогноз вторичной структуры белка.[5][6]

Отношение к поверхности без растворителей

ASA тесно связана с концепцией поверхность без растворителей (также известный как молекулярная поверхность или же Коннолли поверхность), которая представляется как полость в объеме растворителя (фактически обратная поверхности, доступной для растворителя). Он также рассчитывается на практике с помощью алгоритма катящегося шара, разработанного Фредерик Ричардс[7] и реализован в трехмерном виде Майклом Коннолли в 1983 году.[8] и Тим Ричмонд в 1984 году.[9] Коннолли потратил еще несколько лет на совершенствование метода.[10]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Ли, Б; Ричардс, FM. (1971). «Интерпретация белковых структур: оценка статической доступности». Дж Мол Биол. 55 (3): 379–400. Дои:10.1016 / 0022-2836 (71) 90324-Х. PMID  5551392.
  2. ^ а б Шрейк, А; Rupley, JA. (1973). «Окружающая среда и воздействие растворителя на атомы белка. Лизоцим и инсулин». Дж Мол Биол. 79 (2): 351–71. Дои:10.1016/0022-2836(73)90011-9. PMID  4760134.
  3. ^ Вайзер Дж., Шенкин П.С., Еще WC (1999). «Приближенные атомные поверхности из линейных комбинаций попарных перекрытий (LCPO)». Журнал вычислительной химии. 20 (2): 217–230. Дои:10.1002 / (SICI) 1096-987X (19990130) 20: 2 <217 :: AID-JCC4> 3.0.CO; 2-A.
  4. ^ Кленин К, Тристрам Ф, Странк Т, Венцель В (2011). «Производные площади поверхности и объема молекул: простые и точные аналитические формулы». Журнал вычислительной химии. 32 (12): 2647–2653. Дои:10.1002 / jcc.21844. PMID  21656788.
  5. ^ Момен-Рокнабади, А; Садеги, М; Пезешк, Н; Мараши, С.А. (2008). «Влияние доступной для остатков площади поверхности на прогноз вторичных структур белка». BMC Bioinformatics. 9: 357. Дои:10.1186/1471-2105-9-357. ЧВК  2553345. PMID  18759992.
  6. ^ Adamczak, R; Поролло, А; Меллер, Дж. (2005). «Сочетание предсказания вторичной структуры и доступности растворителей в белках». Белки. 59 (3): 467–75. Дои:10.1002 / prot.20441. PMID  15768403.
  7. ^ Ричардс, FM. (1977). «Площади, объемы, упаковка и состав белка». Анну Рев Биофиз Биоенг. 6: 151–176. Дои:10.1146 / annurev.bb.06.060177.001055. PMID  326146.
  8. ^ Коннолли, М. Л. (1983). «Аналитический расчет молекулярной поверхности». J Appl Crystallogr. 16 (5): 548–558. Дои:10.1107 / S0021889883010985.
  9. ^ Ричмонд, Т. Дж. (1984). «Площадь поверхности, доступная для растворителя, и исключенный объем в белках. Аналитические уравнения для перекрывающихся сфер и последствия для гидрофобного эффекта». Дж Мол Биол. 178 (1): 63–89. Дои:10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID  6548264.
  10. ^ Коннолли, М. Л. (1993). «Пакет молекулярной поверхности». J Mol Графика. 11 (2): 139–141. Дои:10.1016/0263-7855(93)87010-3.

Рекомендации

внешняя ссылка