Dostępna powierzchnia - Accessible surface area

Ilustracja powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika w porównaniu z powierzchnią van der Waalsa . Powierzchnia van der Waalsa podana przez promienie atomowe jest pokazana na czerwono. Dostępna powierzchnia jest rysowana liniami przerywanymi i jest tworzona przez śledzenie środka kuli sondy (na niebiesko) podczas toczenia się po powierzchni van der Waalsa. Zauważ, że przedstawiony tutaj promień sondy ma mniejszą skalę niż typowy 1,4 Å.

Dostępna powierzchnia (ASA) lub rozpuszczalnik, dostępny obszar powierzchni (SASA) jest to powierzchnia z biocząsteczką , który jest dostępny w rozpuszczalniku . Pomiar ASA na ogół opisane w jednostkach kwadratowych angstremów (standardowym urządzeniu do pomiarów w biologii molekularnej ). ASA została po raz pierwszy opisana przez Lee i Richardsa w 1971 roku i jest czasami nazywana powierzchnią molekularną Lee-Richardsa . ASA jest zwykle obliczana przy użyciu algorytmu „toczącej się kuli” opracowanego przez Shrake'a i Rupleya w 1973 roku. Algorytm ten wykorzystuje kulę (rozpuszczalnika) o określonym promieniu do „sondowania” powierzchni cząsteczki .

Metody obliczania ASA

Algorytm Shake’a-Rupleya

Algorytm Shrake-Rupley jest metodą numeryczną, która rysuje siatkę punktów równoodległych od każdego atomu cząsteczki i wykorzystuje liczbę tych punktów, które są dostępne dla rozpuszczalnika, aby określić pole powierzchni. Punkty są narysowane na szacowanym promieniu cząsteczki wody poza promieniem van der Waalsa, co skutecznie przypomina „toczenie kuli” po powierzchni. Wszystkie punkty są sprawdzane na powierzchni sąsiednich atomów, aby określić, czy są zakopane, czy dostępne. Liczba dostępnych punktów jest mnożona przez część powierzchni, jaką każdy punkt reprezentuje w celu obliczenia ASA. Wybór „promienia sondy” ma wpływ na obserwowany obszar powierzchni, ponieważ użycie mniejszego promienia sondy wykrywa więcej szczegółów powierzchni, a zatem zgłasza większą powierzchnię. Typowa wartość to 1,4 Å, co jest przybliżeniem promienia cząsteczki wody. Kolejnym czynnikiem wpływającym na wyniki jest określenie promieni VDW atomów w badanej cząsteczce. Na przykład w cząsteczce często może brakować atomów wodoru, które są niejawne w strukturze. Atomy wodoru mogą być domyślnie zawarte w promieniach atomów „ciężkich” atomów za pomocą miary zwanej „promieniem grupowym”. Ponadto liczba punktów utworzonych na powierzchni van der Waalsa każdego atomu determinuje inny aspekt dyskretyzacji , gdzie większa liczba punktów zapewnia wyższy poziom szczegółowości.

Metoda LCPO

Sposób LCPO stosuje się aproksymacji liniowej z problemem dwa ciała na szybsze analitycznej obliczania ASA. Aproksymacje stosowane w LCPO dają błąd w zakresie 1-3 Ų.

Metoda diagramu mocy

Niedawno została zaprezentowana metoda szybkiego i analitycznego obliczania ASA za pomocą wykresu mocy .

Aplikacje

Dostępna powierzchnia jest często wykorzystywana przy obliczaniu energii swobodnej transferu wymaganej do przeniesienia biocząsteczki z rozpuszczalnika wodnego do rozpuszczalnika niepolarnego, takiego jak środowisko lipidowe. Metoda LCPO jest również wykorzystywana do obliczania ukrytych efektów rozpuszczalnika w pakiecie oprogramowania AMBER do dynamiki molekularnej .

Ostatnio zasugerowano, że (przewidywana) dostępna powierzchnia może być wykorzystana do poprawy przewidywania struktury drugorzędowej białka .

Stosunek do powierzchni bez rozpuszczalnika solvent

ASA jest ściśle związana z koncepcją powierzchni bez rozpuszczalnika (znanej również jako powierzchnia cząsteczkowa Connolly'ego lub po prostu powierzchnia Connolly'ego ), która jest wyobrażana jako wnęka w rozpuszczalniku. Jest on również obliczany w praktyce za pomocą algorytmu toczącej się kuli opracowanego przez Frederica Richardsa i zaimplementowanego trójwymiarowo przez Michaela Connolly'ego w 1983 roku i Tima Richmonda w 1984 roku. Connolly spędził kilka lat na doskonaleniu tej metody.

Zobacz też

• Ukryta solwatacja
• Powierzchnia Van der Waalsa
• Narzędzie VADAR do analizy struktur peptydowych i białkowych
• Względna dostępna powierzchnia

Uwagi

Bibliografia

• Connolly, ML (1983). „Dostępne dla rozpuszczalnika powierzchnie białek i kwasów nukleinowych”. Nauka . 221 (4612): 709-713. Kod Bibcode : 1983Sci...221..709C . doi : 10.1126/science.6879170 .
• Richmond, Timothy J. (1984). „Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika i wykluczona objętość w białkach”. J. Mol. Biol . 178 : 63-89. doi : 10.1016/0022-2836(84)90231-6 . PMID  6548264 .
• Connolly, Michael L. (1985). „Obliczanie objętości cząsteczkowej”. J. Am. Chem. Soc . 107 (5): 118–1124. doi : 10.1021/ja00291a006 .
• Connolly, ML (1991). „Szkielet śródmiąższowy molekularny”. Komputery i Chemia . 15 (1): 37–45. doi : 10.1016/0097-8485(91)80022-E .
• Sanner, MF (1992). Modelowanie i Zastosowania Powierzchni Molekularnych (praca doktorska).
• Connolly, ML (1992). „Rozkłady kształtu topografii białek”. Biopolimery . 32 (9): 1215–1236. doi : 10.1002/bip.360320911 . PMID  1420989 .
• Blaney, JM (1994). „Geometria odległości w modelowaniu molekularnym”. Recenzje w chemii obliczeniowej . ks. Chem. s. 299-335. doi : 10.1002/9780470125823.ch6 . Numer ISBN 9780470125823.
• Grant, JA; Odbiór, BT (1995). „Gaussowski opis kształtu molekularnego”. J. Fiz. Chem . 99 (11): 3503–3510. doi : 10.1021/j100011a016 .
• Boissonnat, Jean-Daniel; Devillers, Olivier; Duquesne, Jacqueline; Yvinec, Mariette (1994). „Computing Connolly Surfaces”. Czasopismo Grafiki Molekularnej . 12 (1): 61–62. doi : 10.1016/0263-7855(94)80033-2 . ISSN  1093-3263 .
• Petitjean, M (1994). „Na analityczne obliczanie powierzchni i objętości van der Waalsa: Niektóre aspekty numeryczne”. J. Komputer. Chem . 15 (5). s. 507-523. doi : 10.1002/jcc.540150504 .
• Connolly, ML (1996). „Powierzchnie molekularne: przegląd” . Nauka o sieciach . Zarchiwizowane od oryginału 15.03.2013. Cytowanie dziennika wymaga |journal=( pomoc )
• Lin, SL (1994). „Reprezentacje powierzchni molekularnej przez rzadkie punkty krytyczne” . Białka . 18 (1): 94-101. doi : 10.1002/prot.340180111 . PMID  8146125 .
• Gerstein, M; Richards, FS (2001). „Geometria białka: objętości, obszary i odległości”. CiteSeerX  10.1.1.134.2539 . Cytowanie dziennika wymaga |journal=( pomoc )
• Voss, NR (2006). „Geometria tunelu wyjścia polipeptydu rybosomalnego”. J. Mol. Biol . 360 (4): 893-906. CiteSeerX  10.1.1.144.6548 . doi : 10.1016/j.jmb.2006.05.023 . PMID  16784753 .
• Leach, A. (2001). Modelowanie molekularne: zasady i zastosowania (2nd ed.). str. 7 .
• Busa, Jan; Dzurina, Józef; Hayryan, Edik (2005). „ARVO: pakiet fortran do obliczania powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika i wyłączonej objętości nakładających się sfer za pomocą równań analitycznych”. Komputer. Fiz. Komuna . 165 (1): 59-96. Kod Bib : 2005CoPhC.165...59B . doi : 10.1016/j.cpc.2004.08.002 .

Linki zewnętrzne

• Nauka o sieci, część 5: Powierzchnie dostępne dla rozpuszczalników
• AREAIMOL to narzędzie wiersza poleceń w pakiecie programów CCP4 do obliczania ASA.
• Obliczenia powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika NACCESS .
• FreeSASA Narzędzie wiersza poleceń Open Source, biblioteka C i moduł Pythona do obliczania ASA.
• Program Surface Racer Olega Tsodikova Surface Racer. Dostępna dla rozpuszczalnika i molekularna powierzchnia oraz obliczanie średniej krzywizny. Darmowy do użytku akademickiego.
• ASA.py — oparta na Pythonie implementacja algorytmu Shrake-Rupley.
• Powierzchnia molekularna Michela Sannera – najszybszy program do obliczania powierzchni wykluczonej.
• pov4grasp renderuje powierzchnie molekularne.
• Pakiet Powierzchni Molekularnej — program Michaela Connolly'ego.
• Voxelator objętości — internetowe narzędzie do generowania wykluczonych powierzchni.
• ASV freeware Obliczenia analityczne objętości i powierzchni połączenia n sfer (dostarczono również obliczenia Monte-Carlo).
• Obliczanie objętości powierzchni i objętości rodziny kulek 3D.