Dostępna powierzchnia

Ilustracja powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika w porównaniu z powierzchnią van der Waalsa . Powierzchnia van der Waalsa określona przez promienie atomowe jest zaznaczona na czerwono. Dostępna powierzchnia jest rysowana liniami przerywanymi i jest tworzona przez śledzenie środka kuli sondy (na niebiesko), gdy toczy się ona po powierzchni van der Waalsa. Należy zauważyć, że przedstawiony tutaj promień sondy ma mniejszą skalę niż typowe 1,4 Å.

Dostępna powierzchnia (ASA) lub powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (SASA) to powierzchnia biomolekuły , która jest dostępna dla rozpuszczalnika . Pomiar ASA jest zwykle podawany w jednostkach angstremów kwadratowych (standardowa jednostka miary w biologii molekularnej ). ASA został po raz pierwszy opisany przez Lee i Richardsa w 1971 roku i jest czasami nazywany powierzchnią molekularną Lee-Richardsa . ASA jest zwykle obliczany przy użyciu algorytmu „toczącej się kuli” opracowanego przez Shrake'a i Rupleya w 1973 r. Algorytm ten wykorzystuje kulę (rozpuszczalnika) o określonym promieniu do „sondowania” powierzchni cząsteczki .

Metody obliczania ASA

Algorytm Shrake'a-Rupleya

Algorytm Shrake-Rupley to metoda numeryczna, która rysuje siatkę punktów w równej odległości od każdego atomu cząsteczki i wykorzystuje liczbę tych punktów, które są dostępne dla rozpuszczalnika, do określenia pola powierzchni. Punkty są rysowane na szacowanym promieniu cząsteczki wody poza promieniem van der Waalsa , co w praktyce przypomina „toczenie piłki” po powierzchni. Wszystkie punkty są porównywane z powierzchnią sąsiednich atomów, aby określić, czy są zakopane, czy dostępne. Liczba dostępnych punktów jest mnożona przez część powierzchni, którą reprezentuje każdy punkt, aby obliczyć ASA. Wybór „promienia sondy” ma wpływ na obserwowaną powierzchnię, ponieważ użycie mniejszego promienia sondy wykrywa więcej szczegółów powierzchni, a tym samym zgłasza większą powierzchnię. Typowa wartość to 1,4Å, co w przybliżeniu odpowiada promieniowi cząsteczki wody. Kolejnym czynnikiem wpływającym na wyniki jest definicja promieni VDW atomów w badanej cząsteczce. Na przykład w cząsteczce często może brakować atomów wodoru, które są ukryte w strukturze. Atomy wodoru mogą być domyślnie zawarte w promieniach atomowych „ciężkich” atomów, z miarą zwaną „promieniem grupowym”. Ponadto liczba punktów utworzonych na powierzchni van der Waalsa każdego atomu określa inny aspekt dyskretyzacji , gdzie więcej punktów zapewnia wyższy poziom szczegółowości.

Metoda LCPO

Metoda LCPO wykorzystuje liniowe przybliżenie problemu dwóch ciał w celu szybszego analitycznego obliczenia ASA. Przybliżenia stosowane w LCPO powodują błąd w zakresie 1-3 Å².

Metoda diagramu mocy

Ostatnio ^{[ kiedy? ]} została przedstawiona metoda szybkiego i analitycznego obliczania ASA z wykorzystaniem diagramu potęgowego .

Aplikacje

Dostępna powierzchnia jest często używana przy obliczaniu energii swobodnej transferu wymaganej do przeniesienia biocząsteczki z rozpuszczalnika wodnego do rozpuszczalnika niepolarnego, takiego jak środowisko lipidowe. Metodę LCPO stosuje się również przy obliczaniu niejawnych efektów rozpuszczalnika w pakiecie oprogramowania AMBER do dynamiki molekularnej .

Niedawno ^{[ kiedy? ]} zasugerowali, że (przewidywana) dostępna powierzchnia może być wykorzystana do lepszego przewidywania struktury drugorzędowej białka .

Stosunek do powierzchni pozbawionej rozpuszczalnika

ASA jest ściśle powiązany z koncepcją powierzchni pozbawionej rozpuszczalnika (znanej również jako powierzchnia molekularna Connolly'ego lub po prostu powierzchnia Connolly'ego), która jest wyobrażana jako wnęka w rozpuszczalniku masowym. W praktyce jest również obliczany za pomocą algorytmu toczącej się kuli opracowanego przez Frederica Richardsa i zaimplementowanego trójwymiarowo przez Michaela Connolly'ego w 1983 r. I Tima Richmonda w 1984 r. Connolly spędził jeszcze kilka lat na doskonaleniu tej metody.

Zobacz też

Notatki

Connolly, ML (1983). „Dostępne dla rozpuszczalników powierzchnie białek i kwasów nukleinowych”. nauka . 221 (4612): 709–713. Bibcode : 1983Sci...221..709C . doi : 10.1126/science.6879170 . PMID 6879170 .
Richmond, Timothy J. (1984). „powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika i wykluczona objętość białek”. J. Mol. Biol . 178 (1): 63–89. doi : 10.1016/0022-2836(84)90231-6 . PMID 6548264 .
Connolly, Michael L. (1985). „Obliczanie objętości cząsteczkowej”. J. Am. chemia soc . 107 (5): 118–1124. doi : 10.1021/ja00291a006 .
Connolly, ML (1991). „Molekularny szkielet śródmiąższowy” . 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 . S2CID 23512517 .
Blaney, JM (1994). „Geometria odległości w modelowaniu molekularnym”. Recenzje w chemii obliczeniowej . ks. komputer. chemia s. 299–335. doi : 10.1002/9780470125823.ch6 . ISBN 9780470125823 .
Grant, JA; Pickup, BT (1995). „Gaussowski opis kształtu cząsteczki”. J. Fiz. chemia . 99 (11): 3503–3510. doi : 10.1021/j100011a016 .
Boissonnat, Jean-Daniel; Devillers, Olivier; Duquesne, Jacqueline; Yvinec, Mariette (1994). „Obliczanie powierzchni Connolly'ego”. Journal of Molecular Graphics . 12 (1): 61–62. doi : 10.1016/0263-7855(94)80033-2 . ISSN 1093-3263 .
Petitjean, M (1994). „O analitycznym obliczaniu powierzchni i objętości van der Waalsa: niektóre aspekty numeryczne”. J. Komputer. chemia . 15 (5): 507–523. doi : 10.1002/jcc.540150504 . S2CID 24101766 .
Connolly, ML (1996). „Powierzchnie molekularne: przegląd” . Nauka o sieciach . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 15.03.2013 r.
Lin, SL (1994). „Reprezentacje powierzchni molekularnych za pomocą rzadkich punktów krytycznych” . Białka . 18 (1): 94–101. doi : 10.1002/prot.340180111 . PMID 8146125 . S2CID 38132786 .
Gerstein, M; Richards, FS (2001). „Geometria białek: objętości, obszary i odległości”. CiteSeerX 10.1.1.134.2539 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )
Voss, NR (2006). „Geometria tunelu wyjściowego 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 (wyd. 2). P. 7 . ISBN 9780582382107 .
Busa, Jan; Dzurina, Józef; Hayryan, Edik (2005). „ARVO: Pakiet fortran do obliczania powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika i wykluczonej objętości nakładających się kulek za pomocą równań analitycznych”. Oblicz. fizyka Komuna . 165 (1): 59–96. Bibcode : 2005CoPhC.165...59B . doi : 10.1016/j.cpc.2004.08.002 .

Linki zewnętrzne

Nauka o sieciach, część 5: Powierzchnie dostępne dla rozpuszczalników
AREAIMOL to narzędzie wiersza poleceń w pakiecie programów CCP4 do obliczania ASA.
Obliczenia powierzchni dostępnej dla rozpuszczalników NACCESS .
FreeSASA Narzędzie wiersza poleceń Open Source, biblioteka C i moduł Pythona do obliczania ASA.
Surface Racer Program Surface Racer Olega Tsodikowa. Dostępny rozpuszczalnik i obliczenie powierzchni cząsteczkowej i średniej krzywizny. Bezpłatnie do użytku akademickiego.
ASA.py — oparta na języku Python implementacja algorytmu Shrake-Rupley.
Molecular Surface Michela Sannera – najszybszy program do obliczania wykluczonej powierzchni.
pov4grasp renderuje powierzchnie molekularne.
Molecular Surface Package — program Michaela Connolly'ego.
Volume Voxelator — internetowe narzędzie do generowania wykluczonych powierzchni.
ASV freeware Analityczne obliczenie objętości i powierzchni połączenia n sfer (zawiera również obliczenie Monte-Carlo).
Vorlume Computing Powierzchnia i objętość rodziny piłek 3D.
GetArea Oblicz online powierzchnię białek dostępną dla rozpuszczalnika.