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Superficie accesible

Ilustración de la superficie accesible al disolvente en comparación con la superficie de van der Waals . La superficie de van der Waals, tal como se indica mediante los radios atómicos, se muestra en rojo. La superficie accesible se dibuja con líneas discontinuas y se crea trazando el centro de la esfera de la sonda (en azul) a medida que rueda a lo largo de la superficie de van der Waals. Tenga en cuenta que el radio de la sonda representado aquí es de menor escala que el típico de 1,4 Å.

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 .

Recientemente [¿ cuándo? ] se sugirió que el área de superficie accesible (predicha) se puede utilizar para mejorar la predicción de la estructura secundaria de las proteínas . [5] [6]

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]

Véase también

Notas

  1. ^ Lee, B; Richards, FM. (1971). "La interpretación de las estructuras proteínicas: estimación de la accesibilidad estática". J Mol Biol . 55 (3): 379–400. doi :10.1016/0022-2836(71)90324-X. PMID  5551392.
  2. ^ ab Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "Ambiente y exposición al disolvente de átomos de proteína. Lisozima e insulina". J Mol Biol . 79 (2): 351–71. doi :10.1016/0022-2836(73)90011-9. PMID  4760134.
  3. ^ Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). "Superficies atómicas aproximadas a partir de combinaciones lineales de superposiciones por pares (LCPO)". Journal of Computational Chemistry . 20 (2): 217–230. doi :10.1002/(SICI)1096-987X(19990130)20:2<217::AID-JCC4>3.0.CO;2-A.
  4. ^ Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). "Derivadas del área de superficie molecular y del volumen: fórmulas analíticas simples y exactas". Journal of Computational Chemistry . 32 (12): 2647–2653. doi :10.1002/jcc.21844. PMID  21656788. S2CID  27143042.
  5. ^ Momen-Roknabadi, A; Sadeghi, M; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). "Impacto del área superficial accesible a los residuos en la predicción de las estructuras secundarias de las proteínas". BMC Bioinformatics . 9 : 357. doi : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID  18759992. 
  6. ^ Adamczak, R; Porollo, A; Meller, J. (2005). "Combinación de predicción de estructura secundaria y accesibilidad a solventes en proteínas". Proteins . 59 (3): 467–75. doi :10.1002/prot.20441. PMID  15768403. S2CID  13267624.
  7. ^ Richards, FM. (1977). "Áreas, volúmenes, empaquetamiento y estructura de proteínas". Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151–176. doi :10.1146/annurev.bb.06.060177.001055. PMID  326146.
  8. ^ Connolly, ML (1983). "Cálculo analítico de la superficie molecular". J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. Código Bibliográfico :1983JApCr..16..548C. doi :10.1107/S0021889883010985.
  9. ^ Richmond, TJ (1984). "Área superficial accesible al solvente y volumen excluido en proteínas. Ecuaciones analíticas para esferas superpuestas e implicaciones para el efecto hidrofóbico". J Mol Biol . 178 (1): 63–89. doi :10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID  6548264.
  10. ^ Connolly, ML (1993). "El paquete de superficie molecular". J Mol Graphics . 11 (2): 139–141. doi :10.1016/0263-7855(93)87010-3. PMID  8347567.

Referencias

Enlaces externos