Доступная площадь поверхности - Accessible surface area

Иллюстрация доступной для растворителя поверхности в сравнении с поверхностью Ван-дер-Ваальса . Поверхность Ван-дер-Ваальса, заданная атомными радиусами, показана красным. Доступная поверхность изображена пунктирными линиями и создается путем отслеживания центра сферы зонда (синего цвета), когда она катится по ван-дер-ваальсовой поверхности. Обратите внимание, что изображенный здесь радиус зонда имеет меньший масштаб, чем типичный 1,4 Å.

Площадь доступной поверхности (ASA) или растворитель доступной площади поверхности (SASA) является площадь поверхности из биомолекулы , которая является доступной для растворителя . Измерение ASA обычно описывается в единицах квадратных ангстрем (стандартный блок из измерений в области молекулярной биологии ). ASA была впервые описана Ли и Ричардсом в 1971 году и иногда называется молекулярной поверхностью Ли-Ричардса . ASA обычно рассчитывается с использованием алгоритма «катящегося шара», разработанного Шрейком и Рупли в 1973 году. Этот алгоритм использует сферу (растворителя) определенного радиуса для «зондирования» поверхности молекулы .

Методы расчета ASA

Алгоритм Шрейка – Рупли

Алгоритм Шрейка – Рупли - это численный метод, который рисует сетку точек, равноудаленных от каждого атома молекулы, и использует количество этих точек, доступных для растворителя, для определения площади поверхности. Точки нарисованы на предполагаемом радиусе молекулы воды за пределами радиуса Ван-дер-Ваальса, что фактически похоже на «катание шара» по поверхности. Все точки проверяются на поверхности соседних атомов, чтобы определить, находятся ли они под землей или доступны. Количество доступных точек умножается на долю площади поверхности, которую представляет каждая точка, для расчета ASA. Выбор «радиуса зонда» действительно влияет на наблюдаемую площадь поверхности, так как использование меньшего радиуса зонда позволяет обнаруживать больше деталей поверхности и, следовательно, сообщает о большей поверхности. Типичное значение составляет 1,4 Å, что приблизительно соответствует радиусу молекулы воды. Еще одним фактором, влияющим на результаты, является определение VDW-радиусов атомов в исследуемой молекуле. Например, в молекуле часто могут отсутствовать атомы водорода, которые неявно присутствуют в структуре. Атомы водорода могут быть неявно включены в атомные радиусы «тяжелых» атомов с мерой, называемой «групповыми радиусами». Кроме того, количество точек, созданных на поверхности Ван-дер-Ваальса каждого атома, определяет другой аспект дискретизации , когда большее количество точек обеспечивает повышенный уровень детализации.

LCPO метод

Метод LCPO использует линейную аппроксимацию задачи двух тел для более быстрого аналитического расчета ASA. Приближения, используемые в LCPO, приводят к ошибке в диапазоне 1-3 Ų.

Метод диаграммы мощности

Недавно был представлен метод быстрого и аналитического расчета ASA с использованием диаграммы мощности .

Приложения

Доступная площадь поверхности часто используется при расчете переносимой свободной энергии, необходимой для перемещения биомолекулы из водного растворителя в неполярный растворитель, такой как липидная среда. Метод LCPO также используется при расчете неявных эффектов растворителя в программном пакете молекулярной динамики AMBER .

Недавно было предложено использовать (предсказанную) доступную площадь поверхности для улучшения предсказания вторичной структуры белка .

Отношение к поверхности без растворителей

ASA тесно связан с концепцией поверхности без растворителя (также известной как площадь молекулярной поверхности Коннолли или просто поверхность Коннолли ), которая представляется как полость в объеме растворителя. Он также рассчитывается на практике с помощью алгоритма катящегося мяча, разработанного Фредериком Ричардсом и реализованного в трехмерном виде Майклом Коннолли в 1983 году и Тимом Ричмондом в 1984 году. Коннолли потратил еще несколько лет на совершенствование метода.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки

  • Сетевые науки, часть 5: Поверхности, доступные для растворителей
  • AREAIMOL - это инструмент командной строки в CCP4 Program Suite для расчета ASA.
  • Расчеты площади, доступной для растворителей NACCESS .
  • FreeSASA Инструмент командной строки с открытым исходным кодом, библиотека C и модуль Python для расчета ASA.
  • Программа Surface Racer Олега Цодикова Surface Racer. Расчет доступной для растворителя площади поверхности и средней кривизны молекул. Бесплатно для академического использования.
  • ASA.py - реализация алгоритма Шрейка-Рупли на основе Python .
  • Molecular Surface Мишеля Саннера - самая быстрая программа для расчета исключенной поверхности.
  • pov4grasp визуализирует молекулярные поверхности.
  • Molecular Surface Package - программа Майкла Коннолли.
  • Volume Voxelator - веб-инструмент для создания исключенных поверхностей.
  • Бесплатная программа ASV Аналитический расчет объема и поверхности объединения n сфер (также предусмотрен расчет Монте-Карло).
  • Вычисление площади поверхности и объема семейства трехмерных шаров Vorlume .