Volumen Área Ángulo diedro Informador

VADAR ( Volume, Area, Dihedral Angle Reporter ) es un servidor web de validación de estructuras proteicas de libre acceso, desarrollado en colaboración entre el Dr. Brian Sykes y el Dr. David Wishart en 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 las áreas de superficie accesibles (ASA) específicas de los residuos, calcular los volúmenes de los residuos, determinar los ángulos de torsión de la cadena principal y las cadenas laterales (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 residuos atípicos (residuos con características estructurales inusuales). Los resultados se han validado mediante una comparación exhaustiva con datos publicados y una cuidadosa inspección visual. VADAR produce resultados tanto en texto como en gráficos, con la mayoría de los datos cuantitativos presentados en tablas de fácil visualización. En particular, la salida de VADAR se presenta en un formato tabular vertical, donde la mayor parte de los datos de secuencia, la numeración de residuos y cualquier otra propiedad o característica calculada se presentan de arriba abajo, en lugar de izquierda a derecha.

VADAR identifica y asigna la estructura secundaria de las proteínas utilizando 3 algoritmos diferentes. Estos tres métodos se combinan para crear una asignación de estructura secundaria consensuada. Solo se identifican 3 tipos de estructura secundaria : las hélices se indican con una "H", las láminas beta con una "B" y las regiones de bucle o no estructuradas con una "C". Las asignaciones de estructura secundaria para cada residuo se enumeran en la columna etiquetada como SCND STRUC. El primer método de identificación de estructura secundaria (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 diedros del esqueleto para identificar elementos de 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 estructura secundaria utiliza patrones de enlaces de hidrógeno (en asociación con ángulos diedros medidos) para identificar hélices, láminas beta y regiones de bucle. 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 estructura secundaria de VADAR generalmente identifica una fracción mayor de elementos de estructura secundaria que el algoritmo DSSP (64 % de hélices y láminas beta para VADAR frente a 51 % de hélices y láminas beta para DSSP). En particular, las asignaciones de estructura secundaria de VADAR parecen coincidir más estrechamente con las estructuras secundarias identificadas por inspección visual (es decir, asignaciones de autor), por STRIDE (otro algoritmo de asignación de estructura secundaria ) o mediante métodos independientes (es decir, métodos NOE basados ​​en RMN).

Las áreas de superficie accesibles son una medida de la exposición al solvente de átomos o residuos individuales (medida en angstroms cuadrados). Corresponde al área de superficie de un átomo (o residuo) al 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 (ASA del residuo) y FRAC ASA (ASA fraccional). Los datos que aparecen en la columna RES ASA se refieren a las " áreas de superficie accesibles del residuo " medidas en angstroms cuadrados. Los datos que aparecen en la columna FRAC ASA se refieren a las áreas de superficie accesibles fraccionarias del residuo (un valor que oscila entre 0 y 1,0). Los residuos expuestos, externos, de estructura aleatoria o hidrofílicos suelen tener áreas de superficie accesibles fraccionarias grandes (>0,5), mientras que los residuos hidrofóbicos, de lámina beta o internos tienen áreas de superficie accesibles fraccionarias pequeñas (<0,2). Las áreas de superficie accesibles fraccionarias se calculan dividiendo las áreas de superficie accesibles observadas de un residuo dado por las áreas de superficie accesibles calculadas para ese residuo en un tripéptido extendido Gly-Xaa-Gly (donde Xaa es el residuo de interés). VADAR informa valores de áreas de superficie accesibles tanto para el residuo de aminoácido 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 para 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 áreas de superficie accesibles (ASA) dependen críticamente de la selección o elección de radios atómicos o de Van der Waals. Diferentes métodos y diferentes autores han defendido el uso de diferentes radios atómicos . Como resultado, VADAR proporciona 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 las definiciones estándar de la IUPAC . Estos valores se enumeran bajo cuatro encabezados de columna 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 la estructura de una proteína , ya que la mayoría de las proteínas de alta calidad presentan una agrupación relativamente compacta de los 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 , distinta de las hélices, láminas beta o bucles aleatorios más comunes . Los giros beta son relativamente abundantes (15 %) y constituyen estructuras secundarias muy importantes en las proteínas. En particular, desempeñan un papel fundamental en la definición de la topología de las proteínas . También es probable que participen en el inicio de los eventos de empaquetamiento temprano durante el proceso de plegamiento proteico. En VADAR, los giros beta se identifican bajo el encabezado BTURN utilizando la notación estándar de números romanos (I = tipo I, II = tipo II, etc.). En VADAR, los giros beta se identifican mediante una combinación de diferentes datos, incluyendo información sobre enlaces de hidrógeno, la ubicación de estructuras secundarias previamente identificadas y el valor de sus ángulos diedros locales. En VADAR, la clasificación y nomenclatura utilizadas para los giros beta siguen las definiciones propuestas por Wilmot y Thornton. ^{[ 11 ]}

Debido a la fuerza de van der Waals , los átomos ocupan un espacio que impide que otros átomos se atraviesen. Este espacio o volumen tridimensional se denomina 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 se suele expresar en angstroms cúbicos. En VADAR, el volumen excluido de cada residuo de aminoácido se muestra bajo dos encabezados de columna diferentes: RES VOL (volumen del residuo) y FRAC VOL (volumen fraccional). El volumen del residuo se presenta en angstroms cúbicos y se calcula mediante el algoritmo de poliedros de Voronoi, 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 fraccional (que varía de 0 a 1,0 o más). Si una proteína está bien compactada, todos sus residuos deberían tener volúmenes fraccionarios cercanos a 1,0 (+/- 0,1). En ciertas circunstancias, si un residuo de aminoácido se encuentra en una cavidad interna (o se ha colocado incorrectamente debido a un refinamiento deficiente), podría tener un volumen fraccionario mayor que 1,20. Un residuo de aminoácido ubicado en una región comprimida o mal refinada tendrá un volumen fraccionario menor que 0,80. Los biólogos estructurales suelen utilizar el volumen excluido para encontrar cavidades, sitios de unión de agua, solapamientos atómicos inesperados o para identificar áreas problemáticas en la estructura de una proteína. Las estructuras de proteínas de alta calidad deberían tener relativamente pocos residuos con volúmenes fraccionarios mayores que 1,20 o menores que 0,80.

Lanzado inicialmente en 2002, el servidor web VADAR ha pasado por varias revisiones y actualizaciones (actualmente en la versión 1.8). La última versión del servidor web VADAR admite el envío de archivos en formato 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 , alineación 3D o modelado por homología . Un sitio web independiente permite el análisis de múltiples cadenas de proteínas, como las que se generan en un estudio estándar de determinación de estructuras por RMN.

• Cristalografía
• DSSP (algoritmo de estimación de enlaces de hidrógeno)
• Resonancia magnética nuclear
• Suite y servidor para la evaluación de la estructura de proteínas (PROSESS)
• Predicción de la estructura de proteínas
• Resolución por poder (ResProx)
• Desviación cuadrática media
• Bioinformática estructural
• Validación de la estructura