접근 가능한 표면적

Accessible surface area
Van der Wals 표면과 비교하여 접근 가능한 용매 표면의 그림. 원자반지름에 의해 주어진 반데르발스 표면은 빨간색으로 표시됩니다. 액세스 가능한 표면은 점선으로 그려지며, 탐침 구의 중심을 반데르발스 표면을 따라 구르는 동안(파란색) 추적하여 작성됩니다. 여기에 표시된 프로브 반경은 일반적인 1.4Å보다 작은 규모입니다.

접근 가능한 표면적(ASA) 또는 용매 접근 가능한 표면적(SASA)은 용매에 접근 가능한 생체 분자의 표면적입니다. ASA의 측정은 일반적으로 제곱 옹스트롬(분자 생물학의 표준 측정 단위) 단위로 설명됩니다. ASA는 1971년 Lee & Richards에 의해 처음 기술되었으며 때때로 Lee-Richards 분자 표면이라고 불립니다.[1] ASA는 대표적으로 Shrake & Rupley가 1973년에 개발한 '롤링 볼' 알고리즘을 사용하여 계산됩니다.[2] 이 알고리즘은 분자의 표면을 '탐침'하기 위해 특정 반경의 구(용매)를 사용합니다.

ASA를 계산하는 방법

Shrake-Rupley 알고리즘

Shrake-Rupley 알고리즘은 분자의 각 원자에서 동일한 거리에 있는 점들의 메쉬를 그리고 용매로 접근할 수 있는 점들의 수를 사용하여 표면적을 결정하는 수치적 방법입니다.[2] 점들은 반데르발스 반경을 넘어 물 분자의 추정 반경에 그려지는데, 이는 사실상 표면을 따라 '공을 굴리는' 것과 유사합니다. 모든 지점을 이웃한 원자의 표면에 대해 확인하여 매몰 여부와 접근 가능 여부를 판단합니다. 액세스 가능한 점의 수에 각 점이 나타내는 표면적의 비율을 곱하여 ASA를 계산합니다. '프로브 반경'의 선택은 관측된 표면적에 영향을 미치는데, 이는 작은 프로브 반경을 사용하면 더 많은 표면 세부 정보를 감지하여 더 큰 표면을 보고하기 때문입니다. 일반적인 값은 1.4Å로 물 분자의 반지름과 비슷합니다. 결과에 영향을 미치는 또 다른 요인은 연구 중인 분자 내 원자의 VDW 반경의 정의입니다. 예를 들어, 분자에는 종종 구조에 함축된 수소 원자가 부족할 수 있습니다. 수소 원자는 '그룹 반지름'이라고 불리는 척도로 '무거운' 원자의 원자 반지름에 암묵적으로 포함될 수 있습니다. 또한 각 원자의 반데르발스 표면에 생성된 점의 수는 이산화의 또 다른 측면을 결정하며, 점이 많을수록 세부 수준이 향상됩니다.

LCPO방법

LCPO 방법은 ASA의 더 빠른 분석 계산을 위해 2체 문제의 선형 근사를 사용합니다.[3] LCPO에 사용된 근사값은 1-3 Ų 범위의 오차를 발생시킵니다.

Power Diagram 방법

최근[when?] 파워 다이어그램을 이용하여 ASA를 빠르고 해석적으로 계산하는 방법이 제시되었습니다.[4]

적용들

접근 가능한 표면적은 생체 분자를 수성 용매에서 비극성 용매, 예를 들어 지질 환경으로 이동하는 데 필요한 전달 자유 에너지를 계산할 때 종종 사용됩니다. LCPO 방법은 분자동역학 소프트웨어 패키지 AMBER에서 암시적 용매 효과를 계산할 때에도 사용됩니다.

최근[when?] (예측된) 접근 가능한 표면적을 단백질 2차 구조의 예측을 향상시키는 데 사용할 수 있다는 제안이 있습니다.[5][6]

용제 배제 표면과의 관계

ASA는 용매 배제 표면(Connolly's molecular surface area 또는 간단히 Connolly surface라고도 함)의 개념과 밀접하게 관련되어 있으며, 이는 벌크 용매의 공동으로 상상됩니다. 또한[8] 실제로는 Frederic Richards가[7] 개발하고 1983년 Michael Connolly와 1984년 Tim Richmond가 3차원적으로 구현한 롤링볼 알고리즘을 통해 계산됩니다.[9] 코놀리는 그 방법을 완성하는 데 몇 년을 더 보냈습니다.[10]

참고 항목

메모들

  1. ^ Lee, B; Richards, FM. (1971). "The interpretation of protein structures: estimation of static accessibility". J Mol Biol. 55 (3): 379–400. doi:10.1016/0022-2836(71)90324-X. PMID 5551392.
  2. ^ a b Shrake, A; Rupley, JA. (1973). "Environment and exposure to solvent of protein atoms. Lysozyme and insulin". 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). "Approximate atomic surfaces from linear combinations of pairwise overlaps (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). "Derivatives of molecular surface area and volume: Simple and exact analytical formulas". 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). "Impact of residue accessible surface area on the prediction of protein secondary structures". BMC Bioinformatics. 9: 357. doi:10.1186/1471-2105-9-357. PMC 2553345. PMID 18759992.
  6. ^ Adamczak, R; Porollo, A; Meller, J. (2005). "Combining prediction of secondary structure and solvent accessibility in proteins". Proteins. 59 (3): 467–75. doi:10.1002/prot.20441. PMID 15768403. S2CID 13267624.
  7. ^ Richards, FM. (1977). "Areas, volumes, packing and protein structure". Annu Rev Biophys Bioeng. 6: 151–176. doi:10.1146/annurev.bb.06.060177.001055. PMID 326146.
  8. ^ Connolly, M. L. (1983). "Analytical molecular surface calculation". J Appl Crystallogr. 16 (5): 548–558. doi:10.1107/S0021889883010985.
  9. ^ Richmond, T. J. (1984). "Solvent accessible surface area and excluded volume in proteins. Analytical equations for overlapping spheres and implications for the hydrophobic effect". J Mol Biol. 178 (1): 63–89. doi:10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID 6548264.
  10. ^ Connolly, M. L. (1993). "The molecular surface package". J Mol Graphics. 11 (2): 139–141. doi:10.1016/0263-7855(93)87010-3. PMID 8347567.

참고문헌

외부 링크

  • 네트워크 과학 제5부: 용매 접근이 가능한 표면
  • AREAIMOL은 ASA를 계산하기 위한 CCP4 Program Suite의 명령줄 도구입니다.
  • NACCESS 용매 접근 가능 면적 계산.
  • 무료 SASA 오픈 소스 명령 줄 도구, ASA 계산을 위한 C 라이브러리 및 파이썬 모듈.
  • 서피스 레이서 올레그 쇼디코프의 서피스 레이서 프로그램. 용매 접근 가능 및 분자 표면적 및 평균 곡률 계산. 학술적으로 무료로 사용할 수 있습니다.
  • ASA.py — Shrake-Rupley 알고리즘의 파이썬 기반 구현.
  • Michel Sanner's Molecular Surface – 제외된 표면을 계산하는 가장 빠른 프로그램입니다.
  • pov4 grasp는 분자 표면을 렌더링합니다.
  • 분자 표면 패키지 — Michael Connolly의 프로그램.
  • Volume Voxelator — 제외된 표면을 생성하는 웹 기반 도구입니다.
  • ASV 프리웨어 n개 구의 결합 부피와 표면에 대한 해석적 계산(Monte-Carlo 계산도 제공).
  • 볼룸 컴퓨팅 표면적과 3D 볼 제품군의 볼륨.
  • 면적 구하기 온라인에서 단백질의 용매 접근 가능한 표면적을 계산합니다.