Доступная площадь поверхности
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен из доступной поверхности )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Иллюстрация доступной для растворителя поверхности в сравнении с поверхностью Ван-дер-Ваальса . Поверхность Ван-дер-Ваальса, заданная атомными радиусами, показана красным. Доступная поверхность изображена пунктирными линиями и создается путем отслеживания центра сферы зонда (синего цвета), когда она катится по ван-дер-ваальсовой поверхности. Обратите внимание, что изображенный здесь радиус зонда имеет меньший масштаб, чем типичный 1,4 Å.

Площадь доступной поверхности (ASA) или растворитель доступной площади поверхности (SASA) является площадь поверхности из биомолекулы , которая является доступной для растворителя . Измерение ASA обычно описывается в единицах квадратных ангстрем (стандартный блок из измерений в области 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 мяча», разработанного Shrake & Rupley в 1973 году. [2]Этот алгоритм использует сферу (растворителя) определенного радиуса для «исследования» поверхности молекулы .

Методы расчета ASA

Алгоритм Шрейка – Рупли

Алгоритм Шрейка – Рупли - это численный метод, который рисует сетку точек, равноудаленных от каждого атома молекулы, и использует количество этих точек, доступных для растворителя, для определения площади поверхности. [2]Точки нарисованы на предполагаемом радиусе молекулы воды за пределами радиуса Ван-дер-Ваальса, что фактически похоже на «катание шара» по поверхности. Все точки проверяются на поверхности соседних атомов, чтобы определить, находятся ли они под землей или доступны. Количество доступных точек умножается на долю площади поверхности, которую представляет каждая точка, для расчета ASA. Выбор «радиуса зонда» действительно влияет на наблюдаемую площадь поверхности, поскольку использование меньшего радиуса зонда позволяет обнаруживать больше деталей поверхности и, следовательно, сообщает о большей поверхности. Типичное значение составляет 1,4 Å, что приблизительно соответствует радиусу молекулы воды. Еще одним фактором, влияющим на результаты, является определение VDW-радиусов атомов в исследуемой молекуле. Например,в молекуле часто могут отсутствовать атомы водорода, которые неявно присутствуют 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 еще один аспектдискретность , когда большее количество точек обеспечивает повышенный уровень детализации.

LCPO метод

В методе LCPO используется линейная аппроксимация задачи двух тел для более быстрого аналитического расчета ASA. [3] Аппроксимации, используемые в LCPO, приводят к ошибке в диапазоне 1-3 Ų.

Метод диаграммы мощности

Недавно был представлен метод быстрого и аналитического расчета ASA с использованием диаграммы мощности . [4]

Доступная для растворителя площадь поверхности

Пользователи могут рассчитать доступную для растворителя площадь поверхности белков на сайте http://curie.utmb.edu/getarea.html . Getarea используется исследователями по всему миру. [5] [6] [7]

Приложения

Доступная площадь поверхности часто используется при расчете переносимой свободной энергии, 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 было высказано предположение, что (предсказанная) доступная площадь поверхности может быть использована для улучшения предсказания вторичной структуры белка . [8] [9]

Отношение к поверхности без растворителей

ASA тесно связан с концепцией поверхности без растворителя (также известной как площадь поверхности молекулы Коннолли или просто поверхность Коннолли ), которая представляется как полость в объеме растворителя. Он также вычисляется на практике с помощью алгоритма катящегося мяча, разработанного Фредериком Ричардсом [10] и реализованным в трехмерном виде Майклом Коннолли в 1983 году [11] и Тимом Ричмондом в 1984 году. [12] Коннолли потратил еще несколько лет на совершенствование метода. [13]

Смотрите также

  • Неявная сольватация
  • Поверхность Ван-дер-Ваальса
  • Инструмент VADAR для анализа структур пептидов и белков
  • Относительная доступная площадь поверхности

Примечания

  1. ^ Ли, B; 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 .
  2. ^ a b Шрейк, А; Рупли, Дж. А. (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. ^ Вайзер Дж, Shenkin П.С., Еще туалет (1999). «Приближенные 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 .
  4. ^ Кленин К, Тристрэй Р, Т Странк, ВЕНЗЕЛЬ Вт (2011). «Производные площади поверхности и объема молекул: простые и точные аналитические формулы». Журнал вычислительной химии . 32 (12): 2647–2653. DOI : 10.1002 / jcc.21844 . PMID 21656788 . 
  5. ^ Fraczkiewicz, R. и Braun, W. (1998) "Точный и эффективный аналитический расчет доступных площадей поверхности и их градиентов для макромолекул" J. Comp. Chem., 19, 319-333.
  6. ^ фон Фрейберг, Б., Ричмонд, Т. и Браун, В. Площадь поверхности, включенная в энергетическую очистку белков: сравнительное исследование параметров атомной сольватации. J. Mol. Биол. 233 (2): 275-292, 1993.
  7. ^ фон Фрейберг, Б. и Браун, В. Минимизация эмпирических энергетических функций белков, включая эффекты гидрофобной площади поверхности. J. Comp. Chem. 14 (5): 510-521, 1993.
  8. ^ Момен-Рокнабади, А; Садеги, М; Пезешк, Н; Мараши, С.А. (2008). «Влияние доступной для остатков площади поверхности на предсказание вторичных структур белка» . BMC Bioinformatics . 9 : 357. DOI : 10,1186 / 1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID 18759992 .  
  9. ^ Адамчак, R; Поролло, А; Меллер, Дж. (2005). «Сочетание предсказания вторичной структуры и доступности растворителей в белках». Белки . 59 (3): 467–75. DOI : 10.1002 / prot.20441 . PMID 15768403 . 
  10. ^ Ричардс, FM. (1977). «Площади, объемы, упаковка и состав белка». Анну Рев Биофиз Биоенг . 6 : 151–176. DOI : 10.1146 / annurev.bb.06.060177.001055 . PMID 326146 . 
  11. Перейти ↑ Connolly, ML (1983). «Аналитический расчет молекулярной поверхности». J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. DOI : 10.1107 / S0021889883010985 .
  12. Перейти ↑ Richmond, TJ (1984). «Доступная для растворителя площадь поверхности 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 . 
  13. Перейти ↑ Connolly, ML (1993). «Пакет молекулярной поверхности». J Mol Graphics . 11 (2): 139–141. DOI : 10.1016 / 0263-7855 (93) 87010-3 .

использованная литература

  • Коннолли, ML (1983). «Доступные для растворителей поверхности белков и нуклеиновых кислот». Наука . 221 (4612): 709–713. Bibcode : 1983Sci ... 221..709C . DOI : 10.1126 / science.6879170 .
  • Ричмонд, Тимоти Дж. (1984). «доступная для растворителя площадь поверхности и исключенный объем в белках». J. Mol. Биол . 178 : 63–89. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (84) 90231-6 . PMID  6548264 .
  • Коннолли, Майкл Л. (1985). «Расчет молекулярного объема». Варенье. Chem. Soc . 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 приложения молекулярных поверхностей (кандидатская диссертация).
  • Коннолли, ML (1992). «Формы распределения топографии белков». Биополимеры . 32 (9): 1215–1236. DOI : 10.1002 / bip.360320911 . PMID  1420989 .
  • Блейни, Дж. М. (1994). «Дистанционная геометрия в молекулярном моделировании». Обзоры в области вычислительной химии . Rev. Comput. Chem. С. 299–335. DOI : 10.1002 / 9780470125823.ch6 . ISBN 9780470125823.
  • Грант, JA; Пикап, БТ (1995). «Гауссовское описание молекулярной формы». J. Phys. Chem . 99 (11): 3503–3510. DOI : 10.1021 / j100011a016 .
  • Буассонна, Жан-Даниэль; Девильер, Оливье; Дюкен, Жаклин; Ивинек, Мариетт (1994). «Вычисление поверхностей Коннолли». Журнал молекулярной графики . 12 (1): 61–62. DOI : 10.1016 / 0263-7855 (94) 80033-2 . ISSN  1093-3263 .
  • Петижан, М. (1994). «Об аналитическом расчете ван-дер-ваальсовых поверхностей и объемов: некоторые численные аспекты». J. Comput. Chem . 15 (5). С. 507–523. DOI : 10.1002 / jcc.540150504 .
  • Коннолли, ML (1996). «Молекулярные поверхности: обзор» . Сетевые науки . Архивировано из оригинала на 2013-03-15. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Лин, SL (1994). «Представления поверхности молекул разреженными критическими точками» . Белки . 18 (1): 94–101. DOI : 10.1002 / prot.340180111 . PMID  8146125 .
  • Герштейн, М; Ричардс, ФС (2001). «Геометрия белка: объемы, площади и расстояния». CiteSeerX  10.1.1.134.2539 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Восс, Н.Р. (2006). «Геометрия выходного туннеля рибосомного полипептида». 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.). п. 7 .
  • Буса, Ян; Дзурина, Юзеф; Айрян, Эдик (2005). «ARVO: пакет fortran для расчета доступной для растворителя площади поверхности и исключенного объема перекрывающихся сфер с помощью аналитических уравнений». Comput. Phys. Commun . 165 (1): 59–96. Bibcode : 2005CoPhC.165 ... 59В . DOI : 10.1016 / j.cpc.2004.08.002 .

внешняя ссылка

  • Сетевые науки, часть 5: Поверхности, доступные для растворителей
  • AREAIMOL - это инструмент командной строки в CCP4 Program Suite для расчета ASA.
  • Расчет площади, доступной для растворителя NACCESS .
  • FreeSASA Инструмент командной строки с открытым исходным кодом, библиотека C и модуль Python для расчета ASA.
  • Программа Surface Racer Олега Цодикова Surface Racer. Доступный растворитель, расчет площади молекулярной поверхности и средней кривизны. Бесплатно для академического использования.
  • ASA.py - реализация алгоритма Шрейка-Рупли на основе Python .
  • Molecular Surface Мишеля Саннера - самая быстрая программа для расчета исключенной поверхности.
  • pov4grasp визуализирует молекулярные поверхности.
  • Molecular Surface Package - программа Майкла Коннолли.
  • Volume Voxelator - веб-инструмент для создания исключенных поверхностей.
  • Бесплатная программа ASV Аналитический расчет объема и поверхности объединения n сфер (также предусмотрен расчет Монте-Карло).
  • Вычисление площади поверхности и объема семейства трехмерных шаров Vorlume .
  • GetArea Рассчитайте доступную для растворителя площадь поверхности белков в режиме онлайн.
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Accessible_surface_area&oldid=1053091118 "
Contribute a better translation