- saada yksityiskohtainen ja täydellinen kvantitatiivinen karakterisointi proteiinien pintataskuista ja sisävesistä CASTp: n avulla (Computed Atlas of Surface Topography of proteins).
- tutustuu online resource Castpiin.
proteiinit ovat yksi kaikkien elävien solujen tärkeistä perusyksiköistä. Proteiineilla on monenlaisia toimintoja kaikissa elävissä olennoissa. Joitakin tärkeitä toimintoja, kuten DNA: n replikaatio,metabolisten reaktioiden katalyysi, molekyylien kuljetus paikasta toiseen jne. suoritetaan proteiinien avulla.
proteiinien rakennuspalikat ovat aminohappoja. Aminohapot muodostuvat amiinin (-NH2) ja karboksyylihapon (- COOH) funktionaalisista ryhmistä sekä kullekin aminohapolle ominaisesta sivuketjusta. Ihmiskehossa on lähes 20 aminohappoa, joiden R-ryhmät yleensä vaihtelevat. Proteiineissa aminohapot ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidosten avulla. Peptidisidos muodostuu, kun yhden aminohapon karboksyyliryhmä liittyy kovalenttisen sidoksen kautta toisen molekyylin aminoryhmään.
proteiinit eroavat toisistaan rakenteeltaan, lähinnä aminohappojärjestykseltään. Rakenne selittää proteiinimolekyylin järjestäytymisen eri tasot. Proteiinirakenne luokitellaan primääriseen, sekundääriseen, tertiääriseen ja kvaternääriseen. Lineaarinen sekvenssi aminohappojen polypeptidiketju viittaa proteiinien primäärirakenteeseen. Proteiinin primäärirakenteessa olevien amidiryhmien välinen molekyylien ja molekyylien välinen vetysidos muodostaa sekundäärirakenteen. Alfa-helikset ja beetalevyt ovat proteiinin kaksi tärkeää sekundaarirakennetta. Yksittäisen proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne viittaa tertiäärirakenteeseen. Kvaternaarirakenne muodostuu useista proteiinimolekyyleistä tai polypeptidiketjuista.
vuorovaikutus molekyylien kuten substraatin, ligandin, DNA: n ja muiden domeenien kanssa auttaa proteiineja suorittamaan spesifisen tehtävänsä. Proteiinin kolmiulotteinen rakenne antaa vaaditun muodon ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet tällaisten vuorovaikutusten helpottamiseksi. Proteiinirakenteen ja sen toiminnan suhdetta voidaan tutkia proteiinipinta-alueiden rakenteellisen informaation avulla. Erityisesti valkuaispinta-alueiden tutkiminen mahdollistaa entsyymimekanismin ymmärtämisen, mikä auttaa määrittämään sitoutumispesifisyyden. Myös proteiinirakenteiden (vastikään ratkaistujen) biologiset funktiot, joilla on tuntematon funktio, voidaan tunnistaa.
CASTp
the CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) web-palvelin on verkkotyökalu, joka paikantaa, mittaa ja luonnehtii proteiinien pinnoilla olevia taskuja ja proteiinien sisäosissa olevia tyhjiöitä. Nämä pintataskut ja tyhjiöt ovat proteiinien koveria alueita, jotka yleensä korreloivat sidontatoimintojen kanssa. CASTp käyttää laskennallisessa geometriassa kehitettyä alfa-muotoa ja taskualgoritmia (Jie Liang et al., 2003) rajaamaan ja mittaamaan proteiinien pintataskuja ja tyhjiöitä. CASTp: ssä pintataskut selitetään koveriksi valkuaisaineiden alueiksi, joiden aukossa on sitoutumiskohtia. Nämä taskut mahdollistavat myös vesimolekyylien helpon pääsyn ulkopuolelta. Tyhjät tilat kuvataan piilotettuina tyhjinä tiloina proteiinien sisäosissa, joihin vesimolekyylit eivät pääse poistettuaan kaikki heteroatomit ulkoapäin.
Kuva 1: HIV-1-proteaasin (1hte) sitova tasku (vihreä). Ligandi Gr12397 (keltainen)pitää sidontapaikkaa.
Kuvanlähde: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php
CASTp online-työkalu analysoi kaikki pinta-ja Sisätaskut proteiinin kolmiulotteisella rakenteella ja antaa myös yksityiskohtaisen luonnehdinnan kaikista atomeista, jotka liittyvät näiden tyhjiöiden ja taskujen muodostumiseen. CASTp käyttää sekä solvent accessible surface Modelia (Richardsin surface) että molecular surface Modelia (Connollyn surface) mitatakseen analyyttisesti jokaisen tyhjiön ja taskun pinta-alan ja tilavuuden. Liuottimeen pääsevä pinta-ala, joka tunnetaan myös nimellä Richardsin molekyylipinta, on biomolekyylin pinta-ala, johon liuotin pääsee. Tämän lisäksi CASTp mittaa myös taskujen ja suuaukkojen koon. Näin voidaan määrittää sidontapaikkojen saavutettavuus eri ligandeihin ja substraatteihin. Proteiinien laskennalla tai pinta-analyysillä CASTp: n avulla on useita etuja biologisissa tutkimuksissa.
proteiinien merkinnöillä varustettu funktionaalinen tieto sisältyy myös CASTp: n uuteen versioon. Nämä merkinnät ovat peräisin Protein Data Bank (PDB), Swiss-Prot, sekä Online Mendelian periytyminen Man (OMIM), ja jälkimmäinen sisältää tietoa variantti yhden nukleotidin polymorfismit (SNPs), joiden tiedetään aiheuttavan sairauksia.
