El área superficial accesible (ASA) o área superficial accesible al solvente (SASA) es el área superficial de una biomolécula que es accesible a un solvente . La medición de ASA generalmente se describe en unidades de angstroms cuadrados (una unidad de medida estándar en biología molecular ). ASA fue descrita por primera vez por Lee & Richards en 1971 y a veces se la llama superficie molecular de Lee-Richards . [1] ASA generalmente se calcula utilizando el algoritmo de "bola rodante" desarrollado por Shrake & Rupley en 1973. [2] Este algoritmo utiliza una esfera (de solvente) de un radio particular para "sondear" la superficie de la molécula .
Métodos de cálculo del ASA
Algoritmo Shrake-Rupley
El algoritmo Shrake-Rupley es un método numérico que dibuja una malla de puntos equidistantes de cada átomo de la molécula y utiliza el número de estos puntos que son accesibles al disolvente para determinar el área de superficie. [2] Los puntos se dibujan en el radio estimado de una molécula de agua más allá del radio de van der Waals , que es efectivamente similar a 'hacer rodar una pelota' a lo largo de la superficie. Todos los puntos se verifican contra la superficie de los átomos vecinos para determinar si están enterrados o accesibles. El número de puntos accesibles se multiplica por la porción del área de superficie que cada punto representa para calcular el ASA. La elección del 'radio de la sonda' tiene un efecto en el área de superficie observada, ya que el uso de un radio de sonda más pequeño detecta más detalles de la superficie y, por lo tanto, informa una superficie más grande. Un valor típico es 1,4 Å, que se aproxima al radio de una molécula de agua. Otro factor que afecta los resultados es la definición de los radios VDW de los átomos en la molécula en estudio. Por ejemplo, la molécula puede carecer a menudo de átomos de hidrógeno, que están implícitos en la estructura. Los átomos de hidrógeno pueden incluirse implícitamente en los radios atómicos de los átomos "pesados", con una medida llamada "radios de grupo". Además, la cantidad de puntos creados en la superficie de van der Waals de cada átomo determina otro aspecto de la discretización , donde más puntos proporcionan un mayor nivel de detalle.
Método LCPO
El método LCPO utiliza una aproximación lineal del problema de dos cuerpos para un cálculo analítico más rápido de ASA. [3] Las aproximaciones utilizadas en LCPO dan como resultado un error en el rango de 1-3 Ų.
Método del diagrama de potencia
Recientemente [¿ cuándo? ] se presentó un método que calcula el ASA de forma rápida y analítica utilizando un diagrama de potencia . [4]
Aplicaciones
El área superficial accesible se utiliza a menudo para calcular la energía libre de transferencia necesaria para mover una biomolécula de un disolvente acuoso a un disolvente no polar, como un entorno lipídico. El método LCPO también se utiliza para calcular los efectos implícitos del disolvente en el paquete de software de dinámica molecular AMBER .
Relación con la superficie excluida del disolvente
El ASA está estrechamente relacionado con el concepto de superficie excluida del disolvente (también conocida como área de superficie molecular de Connolly o simplemente superficie de Connolly), que se imagina como una cavidad en el disolvente a granel. También se calcula en la práctica mediante un algoritmo de bola rodante desarrollado por Frederic Richards [7] e implementado tridimensionalmente por Michael Connolly en 1983 [8] y Tim Richmond en 1984 [9]. Connolly pasó varios años más perfeccionando el método. [10]
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Referencias
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Enlaces externos
Ciencia de redes, parte 5: superficies accesibles a solventes
AREAIMOL es una herramienta de línea de comandos en el conjunto de programas CCP4 para calcular ASA.
Cálculos del área accesible al disolvente NACCESS.
FreeSASA Herramienta de línea de comandos de código abierto, biblioteca C y módulo Python para calcular ASA.
Surface Racer Programa Surface Racer de Oleg Tsodikov. Cálculo de la curvatura media y del área superficial molecular y accesible a disolventes. Uso académico gratuito.
ASA.py: una implementación basada en Python del algoritmo Shrake-Rupley.
Superficie molecular de Michel Sanner: el programa más rápido para calcular la superficie excluida.
pov4grasp renderiza superficies moleculares.
Paquete de superficie molecular: el programa de Michael Connolly.
Volume Voxelator: una herramienta basada en web para generar superficies excluidas.
Cálculo analítico gratuito ASV del volumen y la superficie de la unión de n esferas (también se proporciona cálculo de Monte Carlo).
Vorlume: cálculo del área de superficie y el volumen de una familia de bolas 3D.
GetArea Calcule el área superficial de proteínas accesible al solvente en línea.