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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 dada por 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) mientras rueda a lo largo de la superficie de Van der Waals. Tenga en cuenta que el radio de la sonda que se muestra aquí es de menor escala que el típico 1,4 Å.

El área de superficie accesible (ASA) o área de superficie accesible a solventes (SASA) es el área de superficie 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 ). El ASA fue descrito por primera vez por Lee y Richards en 1971 y a veces se le llama superficie molecular de Lee-Richards . [1] El ASA normalmente se calcula utilizando el algoritmo de "bola rodante" desarrollado por Shrake & Rupley en 1973. [2] Este algoritmo utiliza una esfera (de disolvente) de un radio particular para "sondear" la superficie de la molécula .

Métodos de cálculo de ASA.

Algoritmo de Shrake-Rupley

El algoritmo de 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 a los que se puede acceder mediante disolvente para determinar el área de la 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 comparan con la superficie de los átomos vecinos para determinar si están enterrados o son accesibles. El número de puntos accesibles se multiplica por la porción de superficie que representa cada punto para calcular el ASA. La elección del 'radio de 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 de una superficie más grande. Un valor típico es 1,4 Å, que se aproxima al radio de una molécula de agua. Otro factor que incide en los resultados es la definición de los radios VDW de los átomos de la molécula en estudio. Por ejemplo, la molécula a menudo puede carecer de átomos de hidrógeno, que están implícitos en la estructura. Los átomos de hidrógeno pueden estar incluidos implícitamente en los radios atómicos de los átomos "pesados", con una medida llamada "radios de grupo". Además, el número 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 de superficie accesible se utiliza a menudo al 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 de los disolventes en el paquete de software de dinámica molecular AMBER .

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

Relación con la superficie excluida de disolventes

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]

Ver también

Notas

  1. ^ Lee, B; Richards, FM. (1971). "La interpretación de las estructuras de las proteínas: 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). "Medio ambiente y exposición al disolvente de átomos de proteínas. 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, Todavía WC (1999). "Superficies atómicas aproximadas a partir de combinaciones lineales de superposiciones por pares (LCPO)". Revista de Química Computacional . 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 de superficie y volumen molecular: fórmulas analíticas simples y exactas". Revista de Química Computacional . 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 de la superficie accesible a residuos en la predicción de estructuras secundarias de proteínas". Bioinformática BMC . 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 disolventes en proteínas". Proteínas . 59 (3): 467–75. doi :10.1002/prot.20441. PMID  15768403. S2CID  13267624.
  7. ^ Richards, FM. (1977). "Áreas, volúmenes, empaquetamiento y estructura proteica". Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151-176. doi : 10.1146/annurev.bb.06.060177.001055. PMID  326146.
  8. ^ Connolly, ML (1983). "Cálculo analítico de superficies moleculares". J Appl Crystallogr . 16 (5): 548–558. Código Bib : 1983JApCr..16..548C. doi :10.1107/S0021889883010985.
  9. ^ Richmond, TJ (1984). "Superficie accesible al disolvente 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 superficies moleculares". Gráficos J ​​Mol . 11 (2): 139-141. doi :10.1016/0263-7855(93)87010-3. PMID  8347567.

Referencias

enlaces externos