stringtranslate.com

Доступная площадь поверхности

Иллюстрация поверхности, доступной растворителю, в сравнении с поверхностью Ван-дер-Ваальса . Поверхность Ван-дер-Ваальса, заданная атомными радиусами, показана красным цветом. Доступная поверхность нарисована пунктирными линиями и создана путем отслеживания центра сферы зонда (синего цвета), когда он катится по поверхности Ван-дер-Ваальса. Обратите внимание, что радиус зонда, изображенный здесь, имеет меньший масштаб, чем типичные 1,4Å.

Доступная площадь поверхности (ASA) или доступная растворителю площадь поверхности (SASA) — это площадь поверхности биомолекулы , доступная растворителю . Измерение ASA обычно описывается в единицах квадратных ангстремов (стандартная единица измерения в молекулярной биологии ). ASA была впервые описана Ли и Ричардсом в 1971 году и иногда называется молекулярной поверхностью Ли-Ричардса . [1] ASA обычно рассчитывается с использованием алгоритма «катящегося шара», разработанного Шрейком и Рапли в 1973 году. [2] Этот алгоритм использует сферу (из растворителя) определенного радиуса для «зондирования» поверхности молекулы .

Методы расчета ASA

Алгоритм Шрейка–Рапли

Алгоритм Шрейка-Рапли представляет собой численный метод, который рисует сетку точек, равноудаленных от каждого атома молекулы, и использует количество этих точек, доступных растворителю, для определения площади поверхности. [2] Точки рисуются на предполагаемом радиусе молекулы воды за пределами радиуса Ван-дер-Ваальса , что фактически похоже на «катание мяча» по поверхности. Все точки проверяются на поверхности соседних атомов, чтобы определить, скрыты ли они или доступны. Количество доступных точек умножается на часть площади поверхности, которую представляет каждая точка, для расчета ASA. Выбор «радиуса зонда» действительно влияет на наблюдаемую площадь поверхности, так как использование меньшего радиуса зонда обнаруживает больше деталей поверхности и, следовательно, сообщает о большей поверхности. Типичное значение составляет 1,4Å, что приблизительно соответствует радиусу молекулы воды. Другим фактором, влияющим на результаты, является определение радиусов VDW атомов в исследуемой молекуле. Например, в молекуле часто могут отсутствовать атомы водорода, которые подразумеваются 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 дискретизации , где большее количество точек обеспечивает более высокий уровень детализации.

Метод ЛКПО

Метод LCPO использует линейное приближение задачи 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 [ когда? ] был представлен метод, который быстро и аналитически вычисляет ASA с использованием диаграммы мощности . [4]

Приложения

Доступная площадь поверхности часто используется при расчете свободной энергии переноса, необходимой для перемещения биомолекулы из водного растворителя в неполярный растворитель, такой как липидная среда. Метод LCPO также используется при расчете неявных эффектов растворителя в программном пакете молекулярной динамики AMBER .

Недавно [ когда? ] было высказано предположение, что (предсказываемая) доступная площадь поверхности может быть использована для улучшения прогнозирования вторичной структуры белка . [5] [6]

Отношение к поверхности, не содержащей растворителя

ASA тесно связана с концепцией поверхности, исключенной растворителем (также известной как молекулярная поверхность Коннолли или просто поверхность Коннолли), которая представляется как полость в объеме растворителя. Она также рассчитывается на практике с помощью алгоритма катящегося шара, разработанного Фредериком Ричардсом [7] и реализованного в трехмерном виде Майклом Коннолли в 1983 году [8] и Тимом Ричмондом в 1984 году [9]. Коннолли потратил еще несколько лет на совершенствование метода. [10]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Ли, Б.; Ричардс, Ф.М. (1971). «Интерпретация структур белков: оценка статической доступности». J Mol Biol . 55 (3): 379–400. doi :10.1016/0022-2836(71)90324-X. PMID  5551392.
  2. ^ ab Shrake, A; Rupley, JA. (1973). «Окружающая среда и воздействие растворителя на атомы белка. Лизоцим и инсулин». J Mol Biol . 79 (2): 351–71. doi :10.1016/0022-2836(73)90011-9. PMID  4760134.
  3. ^ Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). «Приближенные атомные поверхности из линейных комбинаций попарных перекрытий (LCPO)». Журнал вычислительной химии . 20 (2): 217–230. doi :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 молекулярной площади поверхности и объема: простые и точные аналитические формулы». Журнал вычислительной химии . 32 (12): 2647–2653. doi :10.1002/jcc.21844. PMID  21656788. S2CID  27143042.
  5. ^ Momen-Roknabadi, A; Sadeghi, M; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). "Влияние площади поверхности, доступной остаткам, на прогнозирование вторичных структур белков". BMC Bioinformatics . 9 : 357. doi : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345. PMID  18759992 . 
  6. ^ Адамчак, Р.; Поролло, А.; Меллер, Дж. (2005). «Объединение предсказания вторичной структуры и доступности растворителя в белках». Белки . 59 (3): 467–75. doi :10.1002/prot.20441. PMID  15768403. S2CID  13267624.
  7. ^ Ричардс, Ф. М. (1977). «Площади, объемы, упаковка и структура белка». Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151–176. doi :10.1146/annurev.bb.06.060177.001055. PMID  326146.
  8. ^ Коннолли, ML (1983). «Аналитический расчет молекулярной поверхности». J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. Bibcode : 1983JApCr..16..548C. doi : 10.1107/S0021889883010985.
  9. ^ Richmond, TJ (1984). «Площадь поверхности, доступная растворителю, и исключенный объем в белках. Аналитические уравнения для перекрывающихся сфер и последствия для гидрофобного эффекта». J Mol Biol . 178 (1): 63–89. doi :10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID  6548264.
  10. ^ Коннолли, ML (1993). «Молекулярный поверхностный пакет». J Mol Graphics . 11 (2): 139–141. doi :10.1016/0263-7855(93)87010-3. PMID  8347567.

Ссылки

Внешние ссылки