พื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้

Q: วิธี LCPO

วิธี LCPO ใช้ การประมาณเชิงเส้น ของ ปัญหาสองร่างกาย เพื่อการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของ ASA ที่รวดเร็วยิ่งขึ้น [ 3 ] การประมาณที่ใช้ใน LCPO ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในช่วง 1-3 Å²

พื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้ (ASA) หรือพื้นที่ผิวที่ตัวทำละลายเข้าถึงได้ (SASA) คือพื้นที่ผิวของโมเลกุลชีวภาพ ที่ ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้การวัด ASA มักจะอธิบายในหน่วยตารางอังสตรอม (หน่วยวัดมาตรฐานในชีววิทยาโมเลกุล ) ASA ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Lee & Richards ในปี 1971 และบางครั้งเรียกว่า พื้นผิว โมเลกุลของ Lee-Richards ^{[ 1 ]}โดยทั่วไป ASA จะคำนวณโดยใช้อัลกอริทึม 'ลูกบอลกลิ้ง' ที่พัฒนาโดย Shrake & Rupley ในปี 1973 ^{[ 2 ]} อัลกอริทึมนี้ใช้ทรงกลม (ของตัวทำละลาย) ที่มี รัศมีเฉพาะ เพื่อ 'สำรวจ ' พื้นผิวของโมเลกุล

วิธีการคำนวณ ASA

อัลกอริทึม Shrake–Rupley

อัลกอริทึม Shrake–Rupley เป็นวิธีการเชิงตัวเลขที่วาดตาข่ายของจุดที่อยู่ห่างจากอะตอมแต่ละตัวของโมเลกุลอย่างเท่าๆ กัน และใช้จำนวนจุดเหล่านี้ที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้เพื่อกำหนดพื้นที่ผิว^{[ 2 ]}จุดต่างๆ จะถูกวาดที่รัศมีโดยประมาณของโมเลกุลน้ำที่เกินรัศมีแวนเดอร์วาลส์ซึ่งคล้ายกับการ 'กลิ้งลูกบอล' ไปตามพื้นผิว จุดทั้งหมดจะถูกตรวจสอบกับพื้นผิวของอะตอมข้างเคียงเพื่อพิจารณาว่าจุดเหล่านั้นถูกฝังอยู่หรือสามารถเข้าถึงได้หรือไม่ จำนวนจุดที่สามารถเข้าถึงได้จะถูกคูณด้วยส่วนของพื้นที่ผิวที่แต่ละจุดแสดงเพื่อคำนวณ ASA การเลือก 'รัศมีโพรบ' มีผลต่อพื้นที่ผิวที่สังเกตได้ เนื่องจากการใช้รัศมีโพรบที่เล็กกว่าจะตรวจจับรายละเอียดพื้นผิวได้มากขึ้นและจึงรายงานพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่า ค่าทั่วไปคือ 1.4 Å ซึ่งเป็นค่าประมาณรัศมีของโมเลกุลน้ำ ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่ส่งผลต่อผลลัพธ์คือคำจำกัดความของรัศมี VDW ของอะตอมในโมเลกุลที่กำลังศึกษา ตัวอย่างเช่น โมเลกุลอาจขาดอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอะตอมที่แฝงอยู่ในโครงสร้าง อะตอมไฮโดรเจนอาจถูกรวมอยู่โดยปริยายในรัศมีอะตอมของอะตอม 'หนัก' ด้วยหน่วยวัดที่เรียกว่า 'รัศมีกลุ่ม' นอกจากนี้ จำนวนจุดที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวแวนเดอร์วาลส์ของแต่ละอะตอมยังกำหนดลักษณะอื่นของการแบ่งส่วนย่อยโดยจำนวนจุดที่มากขึ้นจะให้รายละเอียดที่เพิ่มขึ้น

วิธี LCPO

วิธี LCPO ใช้การประมาณเชิงเส้นของปัญหาสองร่างกายเพื่อการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของ ASA ที่รวดเร็วยิ่งขึ้น^{[ 3 ]}การประมาณที่ใช้ใน LCPO ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในช่วง 1-3 Å²

วิธีการแผนภาพกำลัง

ในปี 2554 ได้มีการนำเสนอวิธีการที่คำนวณ ASA ได้อย่างรวดเร็วและวิเคราะห์โดยใช้แผนภาพกำลัง^{[ 4 ]}

แอปพลิเคชัน

พื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้มักถูกนำมาใช้ในการคำนวณพลังงานอิสระในการถ่ายโอนที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายโมเลกุลชีวภาพจากตัวทำละลายที่เป็นน้ำไปยังตัวทำละลายที่ไม่เป็นขั้ว เช่น สภาพแวดล้อมของไขมัน วิธี LCPO ยังถูกนำมาใช้ในการคำนวณผลกระทบของตัวทำละลายโดย ปริยายใน ซอฟต์แวร์พลศาสตร์โมเลกุล AMBERอีก ด้วย

มีการเสนอแนะเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้ (ที่คาดการณ์ไว้) สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการคาดการณ์โครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนได้^[⁵^]^[⁶^]

ความสัมพันธ์กับพื้นผิวที่ไม่รวมตัวทำละลาย

ASA มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของพื้นผิวที่ถูกกีดกันตัวทำละลาย (หรือที่รู้จักกันในชื่อพื้นที่ผิวโมเลกุลของ Connolly หรือเรียกง่ายๆ ว่าพื้นผิว Connolly) ซึ่งจินตนาการว่าเป็นโพรงในตัวทำละลายจำนวนมาก ในทางปฏิบัติยังคำนวณโดยใช้อัลกอริทึมลูกบอลกลิ้งที่พัฒนาโดยFrederic Richards ^{[ 7 ]}และนำไปใช้ในสามมิติโดย Michael Connolly ในปี 1983 ^{[ 8 ]}และ Tim Richmond ในปี 1984 ^{[ 9 ]} Connolly ใช้เวลาอีกหลายปีในการปรับปรุงวิธีการให้สมบูรณ์^{[ 10 ]}

ดูเพิ่มเติม

การละลายโดยปริยาย
พื้นผิวแวนเดอร์วาลส์
เครื่องมือ VADARสำหรับวิเคราะห์โครงสร้างของเปปไทด์และโปรตีน
พื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้สัมพัทธ์

หมายเหตุ

↑ Lee, B; Richards, FM. (1971). "การตีความโครงสร้างโปรตีน: การประมาณค่าการเข้าถึงแบบคงที่" J Mol Biol . 55 (3): 379– 400. doi : 10.1016/0022-2836(71)90324-X . PMID 5551392 .
1 2 Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "สิ่งแวดล้อมและการสัมผัสกับตัวทำละลายของอะตอมโปรตีน ไลโซไซม์และอินซูลิน" J Mol Biol . 79 (2): 351– 71. doi : 10.1016/0022-2836(73)90011-9 . PMID 4760134 .
↑ Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). "พื้นผิวอะตอมโดยประมาณจากการรวมเชิงเส้นของการทับซ้อนแบบคู่ (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 .
↑ Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). "อนุพันธ์ของพื้นที่ผิวและปริมาตรของโมเลกุล: สูตรวิเคราะห์ที่ง่ายและแม่นยำ"วารสารเคมีเชิงคำนวณ 32 ( 12): 2647– 2653. doi : 10.1002/jcc.21844 . PMID 21656788 . S2CID 27143042 .
↑ Momen-Roknabadi, A; Sadeghi, M; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). "ผลกระทบของพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้ของสารตกค้างต่อการทำนายโครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีน" . BMC Bioinformatics . 9 : 357. doi : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID 18759992 .
↑ Adamczak, R; Porollo, A; Meller, J. (2005). "การรวมการทำนายโครงสร้างทุติยภูมิและการเข้าถึงตัวทำละลายในโปรตีน" Proteins . 59 (3): 467– 75. doi : 10.1002/prot.20441 . PMID 15768403 . S2CID 13267624 .
↑ Richards, FM. (1977). "พื้นที่ ปริมาตร การบรรจุ และโครงสร้างโปรตีน". Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151–176 . doi : 10.1146/annurev.bb.06.060177.001055 . PMID 326146 .
↑ Connolly, ML (1983). "การคำนวณพื้นผิวโมเลกุลเชิงวิเคราะห์". J Appl Crystallogr . 16 (5): 548– 558. Bibcode : 1983JApCr..16..548C . doi : 10.1107/S0021889883010985 .
↑ Richmond, TJ (1984). "พื้นที่ผิวที่เข้าถึงตัวทำละลายและปริมาตรที่ถูกกีดกันในโปรตีน สมการวิเคราะห์สำหรับทรงกลมที่ทับซ้อนกันและนัยยะสำหรับผลกระทบไฮโดรโฟบิก" J Mol Biol . 178 (1): 63– 89. doi : 10.1016/0022-2836(84)90231-6 . PMID 6548264 .
↑ Connolly, ML (1993). "The molecular surface package". J Mol Graphics . 11 (2): 139– 141. doi : 10.1016/0263-7855(93)87010-3 . PMID 8347567 .

ลิงก์ภายนอก

วิทยาศาสตร์เครือข่าย ตอนที่ 5: พื้นผิวที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้
AREAIMOLเป็นเครื่องมือแบบบรรทัดคำสั่งในชุดโปรแกรม CCP4 สำหรับคำนวณ ASA
การคำนวณพื้นที่ที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้โดยใช้ NACCESS
FreeSASAเป็นเครื่องมือโอเพนซอร์สแบบบรรทัดคำสั่ง ไลบรารีภาษา C และโมดูล Python สำหรับคำนวณค่า ASA
โปรแกรม Surface Racerของ Oleg Tsodikov คำนวณพื้นที่ผิวโมเลกุลที่ตัวทำละลายเข้าถึงได้ และความโค้งเฉลี่ย ใช้งานได้ฟรีสำหรับงานวิจัยทางวิชาการ
ASA.py — การนำอัลกอริทึม Shrake-Rupley มาใช้ในภาษาPython
โปรแกรม Molecular Surface ของ Michel Sanner – โปรแกรมที่เร็วที่สุดในการคำนวณพื้นที่ที่ถูกกีดกัน
pov4graspแสดงผลพื้นผิวระดับโมเลกุล
โปรแกรม Molecular Surface Packageของ Michael Connolly
Volume Voxelator — เครื่องมือบนเว็บสำหรับสร้างพื้นผิวที่ถูกยกเว้น
โปรแกรม ASV ฟรีแวร์สำหรับคำนวณปริมาตรและพื้นที่ผิวของผลรวมของทรงกลม n ลูก (มีวิธีการคำนวิดแบบมอนเตคาร์โลให้ด้วย)
การคำนวณพื้นที่ผิวและปริมาตรของกลุ่มลูกบอล 3 มิติโดยใช้ Vorlume
GetAreaคำนวณพื้นที่ผิวที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้ของโปรตีนทางออนไลน์
ProMS - เครื่องคำนวณพื้นผิวโมเลกุลโปรตีน

[Lee-1] Lee, B; Richards, FM. (1971). "การตีความโครงสร้างโปรตีน: การประมาณค่าการเข้าถึงแบบคงที่" J Mol Biol . 55 (3): 379– 400. doi : 10.1016/0022-2836(71)90324-X . PMID 5551392 .

[Shrake-2] 1 2 Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "สิ่งแวดล้อมและการสัมผัสกับตัวทำละลายของอะตอมโปรตีน ไลโซไซม์และอินซูลิน" J Mol Biol . 79 (2): 351– 71. doi : 10.1016/0022-2836(73)90011-9 . PMID 4760134 .

[Weiser1999-3] Weiser J, Shenkin PS, Still WC (1999). "พื้นผิวอะตอมโดยประมาณจากการรวมเชิงเส้นของการทับซ้อนแบบคู่ (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 .

[Klenin2011-4] Klenin K, Tristram F, Strunk T, Wenzel W (2011). "อนุพันธ์ของพื้นที่ผิวและปริมาตรของโมเลกุล: สูตรวิเคราะห์ที่ง่ายและแม่นยำ"วารสารเคมีเชิงคำนวณ 32 ( 12): 2647– 2653. doi : 10.1002/jcc.21844 . PMID 21656788 . S2CID 27143042 .

[P-5] Momen-Roknabadi, A; Sadeghi, M; Pezeshk, H; Marashi, SA (2008). "ผลกระทบของพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้ของสารตกค้างต่อการทำนายโครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีน" . BMC Bioinformatics . 9 : 357. doi : 10.1186/1471-2105-9-357 . PMC 2553345 . PMID 18759992 .

[Ph-6] Adamczak, R; Porollo, A; Meller, J. (2005). "การรวมการทำนายโครงสร้างทุติยภูมิและการเข้าถึงตัวทำละลายในโปรตีน" Proteins . 59 (3): 467– 75. doi : 10.1002/prot.20441 . PMID 15768403 . S2CID 13267624 .

[Richards-7] Richards, FM. (1977). "พื้นที่ ปริมาตร การบรรจุ และโครงสร้างโปรตีน". Annu Rev Biophys Bioeng . 6 : 151–176 . doi : 10.1146/annurev.bb.06.060177.001055 . PMID 326146 .

[8] Connolly, ML (1983). "การคำนวณพื้นผิวโมเลกุลเชิงวิเคราะห์". J Appl Crystallogr . 16 (5): 548– 558. Bibcode : 1983JApCr..16..548C . doi : 10.1107/S0021889883010985 .

[9] Richmond, TJ (1984). "พื้นที่ผิวที่เข้าถึงตัวทำละลายและปริมาตรที่ถูกกีดกันในโปรตีน สมการวิเคราะห์สำหรับทรงกลมที่ทับซ้อนกันและนัยยะสำหรับผลกระทบไฮโดรโฟบิก" J Mol Biol . 178 (1): 63– 89. doi : 10.1016/0022-2836(84)90231-6 . PMID 6548264 .

[10] Connolly, ML (1993). "The molecular surface package". J Mol Graphics . 11 (2): 139– 141. doi : 10.1016/0263-7855(93)87010-3 . PMID 8347567 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[

[

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]