Volume, Area, Dihedral Angle Reporter ( VADAR ) es un servidor web de validación de estructuras de proteínas disponible gratuitamente que se desarrolló como una colaboración entre el Dr. Brian Sykes y el Dr. David Wishart de la Universidad de Alberta . [1] VADAR consta de más de 15 algoritmos y programas diferentes para evaluar y validar estructuras de péptidos y proteínas a partir de sus datos de coordenadas PDB . VADAR es capaz de determinar la estructura secundaria (utilizando tres algoritmos diferentes), identificar y clasificar seis tipos diferentes de giros beta , determinar y calcular la fuerza de los enlaces de hidrógeno C=O-NH, calcular áreas de superficie accesibles (ASA) específicas de residuos , calcular volúmenes de residuos, determinar los ángulos de torsión de la cadena principal y lateral (ángulos phi, psi, omega y chi), evaluar la calidad de la estructura local (a través de numerosos índices de calidad), evaluar la calidad de la estructura global e identificar "valores atípicos" de residuos (residuos con características estructurales inusuales ). Los resultados han sido validados mediante una extensa comparación con los datos publicados y una cuidadosa inspección visual. VADAR produce texto y gráficos y la mayoría de los datos cuantitativos se presentan en tablas de fácil visualización. En particular, la salida de VADAR se presenta en un formato tabular vertical con la mayoría de los datos de secuencia, la numeración de residuos y cualquier otra propiedad o característica calculada presentada de arriba a abajo, en lugar de de izquierda a derecha.
VADAR identifica y asigna estructuras secundarias de proteínas mediante 3 algoritmos diferentes. Luego, estos tres métodos se combinan para crear una asignación de estructura secundaria por consenso . Sólo se identifican 3 tipos de estructura secundaria : las hélices se indican con una "H", las hebras beta se indican con una "B" y las regiones en espiral o no estructuradas se identifican con una "C". Las asignaciones de estructuras secundarias para cada residuo se enumeran en la columna denominada SCND STRUC. El primer método de identificación de estructuras secundarias (que aparece en la columna 1) utiliza un enfoque de enmascaramiento geométrico que fue descrito por primera vez por Richards y Kundrot [2] con ligeras modificaciones. El segundo método (que aparece en la columna 2) utiliza ángulos diédricos de la columna vertebral para identificar elementos de la estructura secundaria de una manera descrita inicialmente por Levitt y Greer [3], así como por Chou y Fasman. [4] El tercer método de identificación de estructuras secundarias utiliza patrones de enlaces de hidrógeno (en asociación con ángulos diédricos medidos) para identificar hélices, hebras beta y regiones de bobinas. Este tercer método es algo similar al método descrito originalmente por Kabsch y Sander. [5] El resultado neto o estructura secundaria de consenso es una combinación ponderada de cada uno de los tres métodos. El método de identificación de estructuras secundarias de VADAR generalmente identifica una fracción más alta de elementos de estructuras secundarias que el algoritmo DSSP (64% de hélices y hebras beta para VADAR versus 51% de hélices y hebras beta para DSSP). En particular, las asignaciones de estructuras secundarias de VADAR parecen concordar más estrechamente con las estructuras secundarias identificadas mediante inspección visual (es decir, asignaciones de autor), por STRIDE (otro algoritmo de asignación de estructuras secundarias ) o mediante métodos independientes (es decir, métodos NOE basados en RMN).
Las áreas de superficie accesibles son una medida de la exposición a disolventes de átomos o residuos individuales (medida en Angstroms cuadrados). Corresponde al área de superficie de un átomo (o residuo) a la que una molécula de agua puede acceder o tocar. En VADAR, las áreas de superficie accesibles (ASA) para cada residuo se presentan bajo dos encabezados de columna diferentes: RES ASA (residuo ASA) y FRAC ASA (ASA fraccional). Los datos enumerados en la columna RES ASA se refieren a las “ áreas de superficie accesibles a los residuos ” medidas en Angstroms cuadrados. Los datos enumerados en la columna FRAC ASA se refieren a las áreas de superficie accesibles a los residuos fraccionales (un valor que oscila entre 0 y 1,0). Los residuos expuestos, exteriores, de bobina aleatoria o hidrófilos suelen tener grandes áreas de superficie accesibles fraccionadas (>0,5), mientras que los residuos hidrófobos, de lámina beta o interiores tienen áreas de superficie accesibles fraccionadas pequeñas (<0,2). Las áreas de superficie accesibles fraccionarias se calculan dividiendo las áreas de superficie accesibles observadas de un residuo determinado por las áreas de superficie accesibles calculadas para ese residuo en un tripéptido Gly-Xaa-Gly extendido (donde Xaa es el residuo de interés). VADAR informa que la superficie accesible son valores tanto para el resto de aminoácidos completo como para las cadenas laterales de aminoácidos. Las áreas de superficie accesibles también se calculan para átomos cargados (N, O), átomos polares (N, O, S) y átomos no polares (C). Esta información se puede utilizar para calcular el área de superficie cargada, polar y no polar. Las mediciones/estimaciones de áreas de superficie accesibles son particularmente útiles en la evaluación de la estructura de proteínas, la validación de la estructura de proteínas y los cálculos termodinámicos. Los valores calculados para las superficies accesibles (ASA) dependen críticamente de la selección o elección de los radios atómicos o de Van der Waals. Diferentes métodos y diferentes autores han abogado por el uso de diferentes radios atómicos . Como resultado, VADAR ofrece varias opciones para radios atómicos o de Van der Waals . [6] [7] [8] [9]
Los ángulos de torsión de las proteínas se calculan para phi, psi, omega (que corresponde al enlace peptídico) y chi1 (el primer ángulo de torsión de la cadena lateral) utilizando definiciones estándar de la IUPAC . Estos valores se enumeran bajo cuatro encabezados de columnas diferentes: PHI, PSI, OMEGA y CHI1. Todos los ángulos de torsión se expresan en grados. Los ángulos de torsión son un indicador muy útil de la estereoquímica y la calidad estereoquímica de una estructura proteica , y la mayoría de las proteínas de alta calidad exhiben una agrupación relativamente estrecha de ángulos phi/psi y una desviación relativamente pequeña en los ángulos omega. [10]
Los giros beta son otro tipo de estructura secundaria “corta” o local que se distingue de las hélices, láminas beta o bobinas aleatorias más comunes . Los giros beta son estructuras secundarias razonablemente abundantes (15%) y muy importantes en las proteínas. En particular, los giros beta desempeñan un papel fundamental en la definición de la topología de las proteínas . También es probable que desempeñen un papel en el inicio de eventos tempranos de empaquetamiento durante el proceso de plegamiento de proteínas. En VADAR, los giros beta se identifican bajo el encabezado BTURN utilizando notación de números romanos estándar (I = tipo I, II = tipo II, etc.). En VADAR, los giros beta se identifican utilizando una combinación de diferentes datos, incluidos datos de enlaces de hidrógeno, la ubicación de estructuras secundarias previamente identificadas y el valor de sus ángulos diédricos locales. En VADAR la clasificación y nomenclatura utilizada para los giros beta sigue las definiciones propuestas por Wilmot y Thornton. [11]
Debido a la fuerza de van der Waals , los átomos ocupan espacio, lo que impide que otros átomos pasen entre sí. Este espacio o volumen 3D se llama volumen excluido. El volumen excluido se define como el volumen ocupado por un átomo o residuo determinado por sus radios atómicos y sus vecinos más cercanos. El volumen excluido normalmente se expresa en unidades de Angstroms cúbicos. En VADAR, el volumen excluido para cada residuo de aminoácido se enumera bajo dos encabezados de columna diferentes: RES VOL (volumen de residuo) y FRAC VOL (volumen fraccional). El volumen de residuos se presenta en Angstraoms cúbicos y se calcula utilizando el algoritmo de poliedros de Voronoi que fue introducido por primera vez por el Dr. Frederic Richards. [7] En VADAR, el número que aparece bajo el encabezado RES VOL corresponde al volumen excluido (en Angstroms cúbicos), mientras que el valor bajo el encabezado FRAC VOL corresponde al volumen fraccionario (que varía de 0 a 1,0 o más). Si una proteína se empaqueta eficientemente, todos sus residuos deberían tener volúmenes fraccionarios cercanos a 1,0 (+/- 0,1). En determinadas circunstancias, si un residuo de aminoácido se encuentra en una cavidad interior (o se ha colocado incorrectamente por un mal refinamiento) podría tener un volumen fraccionario superior a 1,20. Un residuo de aminoácido ubicado en una región comprimida o en una región poco refinada tendrá un volumen fraccional inferior a 0,80. Los biólogos estructurales suelen utilizar el volumen excluido para ayudarles a encontrar cavidades, bolsas de retención de agua, superposiciones atómicas inesperadas o para identificar áreas problemáticas en una estructura proteica. Las estructuras proteicas de alta calidad deberían tener relativamente pocos residuos con volúmenes fraccionarios superiores a 1,20 o inferiores a 0,80.
Lanzado inicialmente en 2002, el servidor web VADAR ha pasado por varias revisiones y actualizaciones (ahora en la versión 1.8). La última versión del servidor web VADAR admite el envío de archivos formateados PDB o números de acceso PDB y genera tablas extensas y gráficos de alta calidad para evaluar cuantitativa y cualitativamente las estructuras de proteínas determinadas mediante cristalografía de rayos X , espectroscopia de RMN , subprocesamiento 3D u homología. modelado . Un sitio web independiente respalda el análisis de múltiples cadenas de proteínas, como las que podrían generarse a partir de un esfuerzo estándar de determinación de la estructura por RMN.