• for at få en detaljeret og fuldstændig kvantitativ karakterisering af overfladelommer og indvendige hulrum af proteiner ved hjælp af CASTp (beregnet Atlas over overfladetopografi af proteiner).

• for at gøre sig bekendt med online ressource CASTp.

proteiner er en af de vigtige grundlæggende enheder i alle levende celler. Proteiner har en bred vifte af funktioner inden for alle levende væsener. Nogle af de vigtige funktioner såsom DNA-replikation, katalyse af metaboliske reaktioner, transport af molekyler fra et sted til et andet osv. udføres ved hjælp af proteiner.

byggestenene af proteiner er aminosyrer. Aminosyrer er fremstillet af en amin (-NH2) og en carboksylisk syre (- COOH) funktionelle grupper samt en sidekæde, der er specifik for hver aminosyre. Der findes næsten 20 aminosyrer i menneskekroppen, der normalt varierer i deres R-grupper. I proteiner er aminosyrerne forbundet med hinanden ved hjælp af peptidbindinger. En peptidbinding dannes, når carboksyl-gruppen af en aminosyre er bundet til aminogruppen i et andet molekyle gennem en kovalent binding.

proteiner adskiller sig fra hinanden i deres struktur, primært i deres sekvens af aminosyrer. Strukturen forklarer de forskellige niveauer af organisering af et proteinmolekyle. Proteinstrukturen klassificeres i primær, sekundær, tertiær og Kvartær. Den lineære sekvens polypeptidkæden af aminosyre henviser til den primære struktur af proteiner. Den intermolekylære og intramolekylære hydrogenbinding mellem amidgrupperne i primær struktur af protein danner sekundær struktur. Alfa helices og beta ark er de to vigtige sekundære strukturer i protein. Den tredimensionelle struktur af et enkelt proteinmolekyle henviser til den tertiære struktur. Den kvaternære struktur dannes af flere proteinmolekyler eller polypeptidkæder.

interaktionen med molekyler som substrat, ligand, DNA og andre domæner hjælper proteinerne til at udføre sin specifikke funktion. Den tredimensionelle struktur af protein giver den krævede form og fysisk-kemiske egenskaber for at lette sådanne interaktioner. Forholdet mellem proteinstrukturen og dens funktion kan studeres gennem den strukturelle information af proteinoverfladeområder. Især en undersøgelse af proteinoverfladeområder gør det muligt at forstå mekanismen, som hjælper med at bestemme bindingsspecificiteten. Også de biologiske funktioner af proteinstrukturer (nyligt løst) med en ukendt funktion kan identificeres.

CASTp

CASTp-serveren (beregnet Atlas over Overfladetopografi af proteiner) er et online værktøj, der lokaliserer, måler og karakteriserer lommerne på proteinoverfladerne og hulrummene i det indre af proteiner. Disse overfladelommer og hulrum er de konkave regioner af proteiner, der normalt er korreleret med bindingsaktiviteter. CASTp bruger alfaformen og lommealgoritmen udviklet i beregningsgeometri (Jie Liang et al., 2003) at afgrænse og måle overfladelommer og hulrum i proteiner. I CASTp forklares overfladelommerne som konkave regioner af proteiner med bindingssteder ved åbningen. Disse lommer giver også nem adgang til vandmolekyler udefra. Hulrummene beskrives som skjulte ledige rum i det indre af proteiner, som er utilgængelige for vandmolekyler efter fjernelse af alle heteroatomer udefra.

Figur 1: Den Bindende lomme (Grøn) af HIV-1 protease (1hte). Liganden Gr12397 (gul) indtager bindingsstedet.

Billedkilde: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php

CASTp online-værktøjet analyserer alle overfladelommer og indvendige hulrum på tredimensionel struktur af et protein, og det giver også en detaljeret karakterisering af alle de atomer, der er forbundet med dannelsen af disse hulrum og lommer. CASTp bruger både opløsningsmiddeltilgængelig overflademodel (Richards’ overflade) og molekylær overflademodel (Connollys overflade) til analytisk at måle området og volumenet af hvert tomrum og lomme. Opløsningsmiddel tilgængeligt overfladeareal ellers kendt som Richards’ molekylære overflade er overfladearealet af et biomolekyle, der er tilgængeligt for et opløsningsmiddel. Udover dette måler CASTp også størrelsen på hver lommer og mundåbninger. Dette gør det muligt at bestemme tilgængeligheden af bindingssteder til forskellige ligander og underlag. Beregningen eller overfladeanalysen af proteiner ved anvendelse af CASTp har en række fordele i biologiske undersøgelser.

den annoterede funktionelle information af proteiner er også inkluderet i den nye version af CASTp. Disse anmærkninger er afledt af Protein Data Bank (PDB), samt online Mendelian Arv i mennesket (OMIM), og sidstnævnte indeholder oplysninger om varianten enkelt nukleotid polymorfier (SNP ‘ er), der er kendt for at forårsage sygdom.