Доступная площадь поверхности

Доступная площадь поверхности (ASA) или площадь поверхности, доступная растворитель (SASA), представляет собой площадь поверхности биомолекулы , которая доступна для растворителя . Измерение ASA обычно описывается в единицах квадратных ангстрем (стандартная единица измерения в молекулярной биологии ). ASA впервые был описан Lee & Richards в 1971 году и иногда называют молекулярной поверхностью Ли-Ричардс . ^{[ 1 ]} ASA, как правило, рассчитывается с использованием алгоритма «Rolling Ball», разработанного Shrake & Rupley в 1973 году. ^{[ 2 ]} Этот алгоритм использует сферу (растворителя) определенного радиуса, чтобы «исследовать» поверхность молекулы .

Методы расчета ASA

Алгоритм Shrake -Drugle

Алгоритм Shrake -Drapley - это численный метод, который привлекает сетку точек, равных от каждого атома молекулы и использует количество этих точек, доступных для растворителя для определения площади поверхности. ^{[ 2 ]} Точки рисуются в расчетном радиусе молекулы воды за радиусом ван -дер -ваальса , который фактически похож на «катание шарика» вдоль поверхности. Все точки проверяются на поверхности соседних атомов, чтобы определить, похоронены ли они или доступны. Количество доступных точек умножается на часть площади поверхности, каждая точка представляет для расчета ASA. Выбор «радиуса зонда» действительно влияет на наблюдаемую площадь поверхности, поскольку использование меньшего радиуса зонда обнаруживает больше деталей поверхности и, следовательно, сообщает о большей поверхности. Типичное значение составляет 1,4Ц, которое приближается к радиусу молекулы воды. Другим фактором, который влияет на результаты, является определение радиусов VDW атомов в исследуемой молекуле. Например, у молекулы часто не хватает атомов водорода, которые подразумеваются в структуре. Атомы водорода могут быть косвенно включены в атомные радиусы «тяжелых» атомов, с мерой, называемой «групповой радиусы». Кроме того, количество точек, созданных на поверхности Ван -дер -Ваальса каждого атома, определяет другой аспект Дискретизация , где больше очков обеспечивает повышенный уровень детализации.

Метод LCPO

Метод LCPO использует линейное приближение проблемы с двумя телами для более быстрого аналитического расчета ASA. ^{[ 3 ]} Приближения, используемые в LCPO, приводят к ошибке в диапазоне 1-3 Å².

Метод диаграммы мощности

Недавно ^{[ когда? ]}был представлен метод, который вычисляет ASA быстро и аналитически с использованием диаграммы мощности . ^{[ 4 ]}

Приложения

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

Это недавно ^{[ когда? ]} предположил, что (прогнозируемая) доступная площадь поверхности может быть использована для улучшения прогнозирования вторичной структуры белка . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Отношение к поверхности, выпущенной растворителем

ASA тесно связана с концепцией поверхности, изучаемой растворителем (также известной как площадь молекулярной поверхности Connolly или просто поверхность Connolly), которая представляется как полость в массовом растворителе. Он также рассчитывается на практике с помощью алгоритма каллинга, разработанного Фредериком Ричардсом ^{[ 7 ]} и реализовано тримерно Майклом Коннолли в 1983 году ^{[ 8 ]} и Тим Ричмонд в 1984 году. ^{[ 9 ]} Коннолли провел еще несколько лет, совершенствовав метод. ^{[ 10 ]}

Смотрите также

Неявное сольвация
Ван Дер Ваальс Поверхность
Инструмент Vadar для анализа структур пептидов и белков
Относительная доступная площадь поверхности

Примечания

^ Ли, б; Ричардс, FM. (1971). «Интерпретация белковых структур: оценка статической доступности». J Mol Biol . 55 (3): 379–400. doi : 10.1016/0022-2836 (71) 90324-x . PMID 5551392 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Шрак, а; Рупли, JA. (1973). «Окружающая среда и воздействие растворителя атомов белка. Лизоцим и инсулин». J Mol Biol . 79 (2): 351–71. doi : 10.1016/0022-2836 (73) 90011-9 . PMID 4760134 .
^ Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). «Приблизительные атомные поверхности из линейных комбинаций парных 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 .
^ Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). «Производные площади и объема молекулярной поверхности: простые и точные аналитические формулы». Журнал вычислительной химии . 32 (12): 2647–2653. doi : 10.1002/jcc.21844 . PMID 21656788 . S2CID 27143042 .
^ Момен-Рокнабади, а; Садеги, м; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). «Влияние доступа к остаткам площади поверхности на прогнозирование белковых вторичных структур» . BMC Bioinformatics . 9 : 357. DOI : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID 18759992 .
^ Адамчак, R; Поролло, а; Меллер, Дж. (2005). «Сочетание прогнозирования вторичной структуры и доступности растворителя в белках». Белки . 59 (3): 467–75. doi : 10.1002/prot.20441 . PMID 15768403 . S2CID 13267624 .
^ Ричардс, FM. (1977). «Области, объемы, упаковка и структура белка». Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151–176. doi : 10.1146/annurev.bb.06.060177.001055 . PMID 326146 .
^ Коннолли, ML (1983). «Аналитическое расчет молекулярной поверхности». J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. Bibcode : 1983japcr..16..548c . doi : 10.1107/s0021889883010985 .
^ Ричмонд, TJ (1984). «Доступная растворительская площадь поверхности и исключенная 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 .
^ Коннолли, ML (1993). «Молекулярная поверхностная упаковка». J Mol Graphics . 11 (2): 139–141. doi : 10.1016/0263-7855 (93) 87010-3 . PMID 8347567 .

Ссылки

Коннолли, ML (1983). «Доступные для растворителей поверхности белков и нуклеиновых ацид». Наука . 221 (4612): 709–713. Bibcode : 1983sci ... 221..709c . doi : 10.1126/science.6879170 . PMID 6879170 .
Ричмонд, Тимоти Дж. (1984). «Доступная площадь поверхности растворителя и исключенная объем в белках». J. Mol. Биол . 178 (1): 63–89. doi : 10.1016/0022-2836 (84) 90231-6 . PMID 6548264 .
Коннолли, Майкл Л. (1985). «Вычисление молекулярного объема». J. Am. Химический Соц 107 (5): 118–1124. doi : 10.1021/ja00291a006 .
Коннолли, ML (1991). «Молекулярный интерстициальный скелет» . Компьютеры и химия . 15 (1): 37–45. doi : 10.1016/0097-8485 (91) 80022-e .
Саннер, MF (1992). Моделирование и применение молекулярных поверхностей (кандидатская диссертация).
Коннолли, ML (1992). «Распределение форм топографии белка». Биополимеры . 32 (9): 1215–1236. doi : 10.1002/bip.360320911 . PMID 1420989 . S2CID 23512517 .
Блейни, Дж. М. (1994). «Геометрия расстояния в молекулярном моделировании». Отзывы в области вычислительной химии . Rev. Comput. Химический Тол. 5. С. 299–335. doi : 10.1002/9780470125823.ch6 . ISBN 9780470125823 .
Грант, JA; Пикап, BT (1995). «Гауссовое описание молекулярной формы». J. Phys Химический 99 (11): 3503–3510. doi : 10.1021/j100011a016 .
Boissonnat, Жан-Даниэль; Девиллерс, Оливье; Дюкесн, Жаклин; Yvinec, Mariette (1994). «Вычисление поверхностей Connolly». Журнал молекулярной графики . 12 (1): 61–62. doi : 10.1016/0263-7855 (94) 80033-2 . ISSN 1093-3263 .
Petitjean, M (1994). «О аналитическом расчете поверхностей и объемов Ван -дер -Ваальса: некоторые численные аспекты». J. Comput. Химический 15 (5): 507–523. doi : 10.1002/jcc.540150504 . S2CID 24101766 .
Коннолли, ML (1996). «Молекулярные поверхности: обзор» . Сетевая наука . Архивировано из оригинала 2013-03-15.
Лин, SL (1994). «Молекулярные представления поверхности редкими критическими точками» . Белки . 18 (1): 94–101. doi : 10.1002/prot.340180111 . PMID 8146125 . S2CID 38132786 .
Герштейн, м; Ричардс, Ф.С. (2001). «Геометрия белка: объемы, области и расстояния». Citeseerx 10.1.1.134.2539 .
Восс, Н.Р. (2006). «Геометрия рибосомного полипептидного туннеля». J. Mol. Биол . 360 (4): 893–906. Citeseerx 10.1.1.144.6548 . doi : 10.1016/j.jmb.2006.05.023 . PMID 16784753 .
Лич А. (2001). Молекулярное моделирование: принципы и приложения (2 -е изд.). Прентис Холл. п. 7 ISBN 9780582382107 .
Буса, Ян; Дзурина, Йозеф; Хайренан, Эдик (2005). «Arvo: пакет Fortran для вычисления доступной площади поверхности растворителя и исключенного объема перекрывающихся сфер посредством аналитических уравнений». Вычислительный Физический Общение 165 (1): 59–96. Bibcode : 2005cophc.165 ... 59b . doi : 10.1016/j.cpc.2004.08.002 .

Внешние ссылки

Сетевая наука, часть 5: Доступные растворитель
AreaImol - это инструмент командной строки в наборе программ CCP4 для расчета ASA.
NACCESS ROLVENT Доступные расчеты площади.
Инструмент командной строки с открытым исходным кодом Freesasa , библиотека C и модуль Python для расчета ASA.
Surface Racer Oleg Tsodikov's Surface Racer программа. Доступная растворитель и площадь молекулярной поверхности и средний расчет кривизны. Бесплатно для академического использования.
Asa.py -на основе Python внедрение алгоритма Shrake -Rupley.
Молекулярная поверхность Мишеля Саннера - самая быстрая программа для расчета исключенной поверхности.
Pov4grasp рендеринг молекулярные поверхности.
Молекулярная поверхностная упаковка - программа Майкла Коннолли.
Volume Voxelator -веб-инструмент для создания исключенных поверхностей.
Аналитический расчет ASV Объем и поверхности объединения N-сфер (также представлено расчет Монте-Карло).
Площадь поверхности вычислительной площадки Vorlume и объем семейства трехмерных шаров.
Getarea Рассчитайте доступную растворительную площадь белков в Интернете.

[Lee-1] Ли, б; Ричардс, FM. (1971). «Интерпретация белковых структур: оценка статической доступности». J Mol Biol . 55 (3): 379–400. doi : 10.1016/0022-2836 (71) 90324-x . PMID 5551392 .

[Shrake-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Шрак, а; Рупли, JA. (1973). «Окружающая среда и воздействие растворителя атомов белка. Лизоцим и инсулин». J Mol Biol . 79 (2): 351–71. doi : 10.1016/0022-2836 (73) 90011-9 . PMID 4760134 .

[Weiser1999-3] Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). «Приблизительные атомные поверхности из линейных комбинаций парных 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 .

[Klenin2011-4] Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). «Производные площади и объема молекулярной поверхности: простые и точные аналитические формулы». Журнал вычислительной химии . 32 (12): 2647–2653. doi : 10.1002/jcc.21844 . PMID 21656788 . S2CID 27143042 .

[P-5] Момен-Рокнабади, а; Садеги, м; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). «Влияние доступа к остаткам площади поверхности на прогнозирование белковых вторичных структур» . BMC Bioinformatics . 9 : 357. DOI : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID 18759992 .

[Ph-6] Адамчак, R; Поролло, а; Меллер, Дж. (2005). «Сочетание прогнозирования вторичной структуры и доступности растворителя в белках». Белки . 59 (3): 467–75. doi : 10.1002/prot.20441 . PMID 15768403 . S2CID 13267624 .

[Richards-7] Ричардс, FM. (1977). «Области, 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). «Аналитическое расчет молекулярной поверхности». J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. Bibcode : 1983japcr..16..548c . doi : 10.1107/s0021889883010985 .

[9] Ричмонд, TJ (1984). «Доступная растворительская площадь поверхности и исключенная 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). «Молекулярная поверхностная упаковка». J Mol Graphics . 11 (2): 139–141. doi : 10.1016/0263-7855 (93) 87010-3 . PMID 8347567 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]