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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, definida por los radios atómicos, se mue...

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Ilustración de la superficie accesible al disolvente en comparación con la superficie de van der Waals . La superficie de van der Waals, definida por los radios atómicos, se muestra en rojo. La superficie accesible se representa con líneas discontinuas y se obtiene trazando el centro de la esfera de prueba (en azul) mientras rueda sobre la superficie de van der Waals. Cabe destacar que el radio de la sonda representado aquí es menor que el típico de 1,4 Å.

El área de superficie accesible (ASA) o área de superficie accesible al disolvente (SASA) es el área de superficie de una biomolécula que es accesible a un disolvente . La medición de ASA se describe generalmente en unidades de angstroms cuadrados (una unidad de medida estándar en biología molecular ). ASA fue descrita por primera vez por Lee y Richards en 1971 y a veces se la llama superficie molecular de Lee-Richards . [ 1 ] ASA se calcula típicamente utilizando el algoritmo de "bola rodante" desarrollado por Shrake y Rupley en 1973. [ 2 ] Este algoritmo utiliza una esfera (de disolvente) de un radio particular para "sondear" la superficie de la molécula .

Métodos para calcular la 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 que son accesibles al disolvente para determinar el área superficial. [ 2 ] Los puntos se dibujan en el radio estimado de una molécula de agua más allá del radio de van der Waals , lo que es efectivamente similar a "hacer rodar una bola" sobre la superficie. Todos los puntos se comparan con 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 superficial que representa cada punto para calcular el ASA. La elección del "radio de sonda" tiene un efecto en el área superficial observada, ya que usar un radio de sonda más pequeño detecta más detalles de la superficie y, por lo tanto, reporta una superficie mayor. 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 a menudo puede carecer de átomos de hidrógeno, que son implícitos en la estructura. Los átomos de hidrógeno pueden incluirse implícitamente en los radios atómicos de los átomos "pesados", mediante una medida denominada "radio 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 un mayor número de puntos proporciona 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 del ASA. [ 3 ] Las aproximaciones utilizadas en LCPO dan como resultado un error en el rango de 1-3 Ų.

Método del diagrama de potencia

En 2011, 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 se ha sugerido que el área de superficie accesible (predicha) puede utilizarse para mejorar la predicción de la estructura secundaria de las proteínas . [ 5 ] [ 6 ]

Relación con la superficie excluida por disolvente

El ASA está estrechamente relacionado con el concepto de superficie excluida por el disolvente (también conocida como área superficial 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 dedicó varios años más a perfeccionar el método. [ 10 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Lee, B; Richards, FM. (1971). "La interpretación de las estructuras proteicas: estimación de la accesibilidad estática". J Mol Biol . 55 (3): 379– 400. doi : 10.1016/0022-2836(71)90324-X . PMID 5551392 . 
  2. 1 2 Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "Entorno y exposición al solvente 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, Still WC (1999). "Superficies atómicas aproximadas a partir de combinaciones lineales de solapamientos 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 superficial y el volumen molecular: 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 de superficie accesible de los residuos en la predicción de estructuras secundarias de 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 la predicción de la estructura secundaria y la accesibilidad al disolvente 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. Bibcode : 1983JApCr..16..548C . doi : 10.1107/S0021889883010985 .
  9. ↑ Richmond, TJ (1984). "Área de 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 superficie molecular". J Mol Graphics . 11 (2): 139– 141. doi : 10.1016/0263-7855(93)87010-3 . PMID 8347567 . 

Referencias

  • Connolly, ML (1983). "Superficies accesibles al disolvente de proteínas y ácidos nucleicos". Science . 221 (4612): 709– 713. Bibcode : 1983Sci...221..709C . doi : 10.1126/science.6879170 . PMID 6879170 . 
  • Richmond, Timothy J. (1984). "Área de superficie accesible al disolvente y volumen excluido en proteínas". J. Mol. Biol . 178 (1): 63– 89. doi : 10.1016/0022-2836(84)90231-6 . PMID 6548264 . 
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  • Ciencia de redes, parte 5: Superficies accesibles al disolvente
  • AREAIMOL es una herramienta de línea de comandos del paquete de programas CCP4 para calcular el ASA.
  • Cálculos del área accesible al solvente de NACCESS .
  • FreeSASA es una herramienta de línea de comandos de código abierto, una biblioteca C y un módulo Python para calcular ASA.
  • Surface Racer, programa de Oleg Tsodikov. Cálculo de la superficie molecular y accesible al disolvente, así como de la curvatura media. Gratuito para uso académico.
  • ASA.py : una implementación del algoritmo Shrake-Rupley basada en Python .
  • Superficie molecular de Michel Sanner : el programa más rápido para calcular la superficie excluida.
  • pov4grasp renderiza superficies moleculares.
  • Paquete de superficie molecular : programa de Michael Connolly.
  • Volume Voxelator : una herramienta web para generar superficies excluidas.
  • ASV (software gratuito) Cálculo analítico del volumen y la superficie de la unión de n esferas (también se incluye el cálculo de Monte Carlo).
  • Cálculo de vorlume : Área superficial y volumen de una familia de esferas 3D.
  • GetArea Calcula en línea la superficie accesible al solvente de las proteínas.
  • ProMS - Calculadora de superficie molecular de proteínas
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