Přístupná plocha - Accessible surface area

Ilustrace povrchu přístupného rozpouštědlu ve srovnání s van der Waalsův povrch. Van der Waalsův povrch, jak je dán atomovými poloměry, je zobrazen červeně. Přístupná plocha je nakreslena čárkovanými čarami a je vytvořena trasováním středu koule sondy (modře), jak se valí podél povrchu van der Waals. Všimněte si, že zde zobrazený poloměr sondy má menší měřítko než typické 1,4Å.

The přístupný povrch (ASA) nebo povrch přístupný rozpouštědlům (SASA) je plocha povrchu a biomolekula který je přístupný a solventní. Měření ASA je obvykle popsáno v jednotkách čtverce Ångstroms (standard jednotka z měření v molekulární biologie ). ASA byla poprvé popsána Lee & Richards v roce 1971 a někdy se jí říká Lee-Richardsův molekulární povrch.[1] ASA se obvykle počítá pomocí algoritmu „kuličky“, který vyvinuli Shrake & Rupley v roce 1973.[2] Tento algoritmus používá sféru (rozpouštědla) konkrétního poloměr "zkoumat" povrch molekula.

Metody výpočtu ASA

Algoritmus Shrake – Rupley

Algoritmus Shrake – Rupley je numerická metoda, která kreslí síť bodů ve stejné vzdálenosti od každého atomu molekuly a používá počet těchto bodů, které jsou přístupné rozpouštědlům, k určení povrchové plochy.[2] Body jsou nakresleny v odhadovaném poloměru molekuly vody za poloměrem van der Waalsa, což je efektivně podobné „házení koule“ po povrchu. Všechny body jsou porovnány s povrchem sousedních atomů, aby se zjistilo, zda jsou pohřbeny nebo přístupné. Počet přístupných bodů se vynásobí částí plochy, kterou každý bod představuje pro výpočet ASA. Volba „poloměru sondy“ má vliv na pozorovanou povrchovou plochu, protože použití menšího poloměru sondy detekuje více detailů povrchu, a proto hlásí větší povrch. Typická hodnota je 1,4 Á, což se blíží poloměru molekuly vody. Dalším faktorem, který ovlivňuje výsledky, je definice poloměrů VDW atomů ve studované molekule. Například molekule může často chybět atomy vodíku, které jsou implicitně obsaženy ve struktuře. Atomy vodíku mohou být implicitně obsaženy v atomových poloměrech „těžkých“ atomů, s mírou nazývanou „skupinové poloměry“. Kromě toho počet bodů vytvořených na van der Waalsově povrchu každého atomu určuje další aspekt diskretizace, kde více bodů poskytuje zvýšenou úroveň podrobností.

Metoda LCPO

Metoda LCPO používá a lineární aproximace z problém dvou těl pro rychlejší analytický výpočet ASA.[3] Aproximace použité v LCPO vedou k chybě v rozsahu 1-3 Ų.

Metoda Power Diagram

Nedávno byla představena metoda, která vypočítává ASA rychle a analyticky pomocí a schéma napájení.[4]

Aplikace

Při výpočtu se často používá přístupná plocha přenášet energii zdarma nutné k přemístění biomolekuly z vodného rozpouštědla do nepolárního rozpouštědla, jako je lipidové prostředí. Při výpočtu se také používá metoda LCPO implicitní rozpouštědlo efekty v softwarovém balíčku molekulární dynamiky JANTAR.

Nedávno se navrhlo, že ke zlepšení lze použít (předpokládanou) dostupnou povrchovou plochu predikce sekundární struktury proteinu.[5][6]

Vztah k povrchu vyloučenému rozpouštědly

ASA úzce souvisí s konceptem povrch bez rozpouštědel (také známý jako molekulární povrch nebo Connolly povrch), který je představován jako dutina v objemovém rozpouštědle (účinně inverzní k povrchu přístupnému rozpouštědlu). V praxi se také počítá pomocí algoritmu s kuličkovými kuličkami vyvinutého společností Frederic Richards[7] a v roce 1983 jej trojrozměrně implementoval Michael Connolly[8] a Tim Richmond v roce 1984.[9] Connolly strávil zdokonalování metody ještě několik let.[10]

Viz také

Poznámky

  1. ^ Lee, B; Richards, FM. (1971). "Interpretace proteinových struktur: odhad statické přístupnosti". J Mol Biol. 55 (3): 379–400. doi:10.1016 / 0022-2836 (71) 90324-X. PMID  5551392.
  2. ^ A b Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "Prostředí a vystavení atomům bílkovin rozpouštědlu. Lysozym a inzulín". 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). "Přibližné atomové povrchy z lineárních kombinací párových překrytí (LCPO)". Journal of Computational Chemistry. 20 (2): 217–230. doi:10.1002 / (SICI) 1096-987X (19990130) 20: 2 <217 :: AID-JCC4> 3.0.CO; 2-A.
  4. ^ Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). "Deriváty molekulárního povrchu a objemu: Jednoduché a přesné analytické vzorce". Journal of Computational Chemistry. 32 (12): 2647–2653. doi:10.1002 / jcc.21844. PMID  21656788.
  5. ^ Momen-Roknabadi, A; Sadeghi, M; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). „Dopad zbytkové přístupné plochy na predikci sekundárních struktur proteinů“. BMC bioinformatika. 9: 357. doi:10.1186/1471-2105-9-357. PMC  2553345. PMID  18759992.
  6. ^ Adamczak, R; Porollo, A; Meller, J. (2005). "Kombinace predikce sekundární struktury a dostupnosti rozpouštědel v proteinech". Proteiny. 59 (3): 467–75. doi:10.1002 / prot.20441. PMID  15768403.
  7. ^ Richards, FM. (1977). "Plochy, objemy, balení a struktura bílkovin". Annu Rev Biophys Bioeng. 6: 151–176. doi:10.1146 / annurev.bb.06.060177.001055. PMID  326146.
  8. ^ Connolly, M. L. (1983). Msgstr "Výpočet analytického molekulárního povrchu". J Appl Crystallogr. 16 (5): 548–558. doi:10.1107 / S0021889883010985.
  9. ^ Richmond, T. J. (1984). "Plocha přístupná rozpouštědlům a vyloučený objem v proteinech. Analytické rovnice pro překrývající se sféry a důsledky pro hydrofobní účinek". J Mol Biol. 178 (1): 63–89. doi:10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID  6548264.
  10. ^ Connolly, M. L. (1993). Msgstr "Balíček molekulárního povrchu". J Mol Graphics. 11 (2): 139–141. doi:10.1016/0263-7855(93)87010-3.

Reference

externí odkazy