• Per ottenere una caratterizzazione quantitativa dettagliata e completa delle tasche superficiali e dei vuoti interni delle proteine utilizzando CASTp (Atlas Computed of Surface Topography of proteins).

• Per familiarizzare con la risorsa online CASTp.

Le proteine sono una delle unità fondamentali importanti di tutte le cellule viventi. Le proteine hanno una vasta gamma di funzioni all’interno di tutti gli esseri viventi. Alcune delle funzioni importanti come la replicazione del DNA, la catalisi delle reazioni metaboliche,il trasporto di molecole da una posizione all’altra ecc. vengono eseguiti con l’aiuto di proteine.

Gli elementi costitutivi delle proteine sono gli amminoacidi. Gli amminoacidi sono costituiti da un’ammina (-NH2) e da un acido carbossilico (-COOH) gruppi funzionali e da una catena laterale specifica per ciascun amminoacido. Ci sono quasi 20 aminoacidi trovati nel corpo umano che di solito varia nei loro gruppi R. Nelle proteine, gli amminoacidi sono collegati tra loro per mezzo di legami peptidici. Un legame peptidico si forma quando il gruppo carbossilico di un amminoacido è collegato al gruppo amminico di un’altra molecola attraverso un legame covalente.

Le proteine differiscono l’una dall’altra nella loro struttura, principalmente nella loro sequenza di amminoacidi. La struttura spiega i diversi livelli di organizzazione di una molecola proteica. La struttura proteica è classificata in primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. La sequenza lineare la catena polipeptidica dell’amminoacido si riferisce alla struttura primaria delle proteine. Il legame intermolecolare e intra-molecolare dell’idrogeno tra i gruppi ammidici nella struttura primaria della proteina forma struttura secondaria. Le eliche alfa e i fogli beta sono le due importanti strutture secondarie della proteina. La struttura tridimensionale di una singola molecola proteica si riferisce alla struttura terziaria. La struttura quaternaria è formata da diverse molecole proteiche o catene polipeptidiche.

L’interazione con molecole come substrato, ligando, DNA e altri domini aiuta le proteine a svolgere la sua funzione specifica. La struttura tridimensionale della proteina fornisce la forma richiesta e le caratteristiche fisico-chimiche per facilitare tali interazioni. La relazione tra la struttura della proteina e la sua funzione può essere studiata attraverso le informazioni strutturali delle regioni superficiali della proteina. In particolare, uno studio delle regioni di superficie delle proteine consente di comprendere il meccanismo enzimatico, che aiuta a determinare la specificità di legame. Inoltre, è possibile identificare le funzioni biologiche delle strutture proteiche (appena risolte) con una funzione sconosciuta.

CASTp

Il server web CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) è uno strumento online che individua, misura e caratterizza le tasche sulle superfici proteiche e i vuoti all’interno delle proteine. Queste tasche e vuoti superficiali sono le regioni concave delle proteine che di solito sono correlate con le attività di legame. CASTp utilizza la forma alfa e l’algoritmo pocket sviluppato in geometria computazionale (Jie Liang et al., 2003) per delineare e misurare le tasche e i vuoti superficiali nelle proteine. In CASTp, le tasche superficiali sono spiegate come regioni concave di proteine con siti di legame all’apertura. Queste tasche consentono anche un facile accesso delle molecole d’acqua dall’esterno. I vuoti sono descritti come spazi vuoti nascosti all’interno delle proteine, che sono inaccessibili alle molecole d’acqua dopo aver rimosso tutti gli etero atomi dall’esterno.

Figura 1: La tasca di legame (verde) della proteasi HIV-1 (1hte). Il legante Gr12397 (giallo) occupa il sito di legame.

Sorgente immagine: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php

Il CASTp online strumento analizza tutte le superficie tasche e interni vuoti sulla struttura tridimensionale di una proteina, e inoltre dà una caratterizzazione dettagliata di tutti gli atomi associati alla formazione di questi vuoti e le tasche. CASTp utilizza sia il modello di superficie accessibile al solvente (superficie di Richards) che il modello di superficie molecolare (superficie di Connolly) per misurare analiticamente l’area e il volume di ogni vuoto e tasca. Superficie accessibile ai solventi altrimenti nota come superficie molecolare di Richards è l’area superficiale di una biomolecola accessibile a un solvente. Oltre a questo, CASTp misura anche le dimensioni di ogni tasche e aperture della bocca. Ciò consente di determinare l’accessibilità dei siti di legame a diversi ligandi e substrati. Il calcolo o l’analisi di superficie delle proteine usando CASTp ha una serie di vantaggi negli studi biologici.

Le informazioni funzionali annotate delle proteine sono incluse anche nella nuova versione di CASTp. Queste annotazioni sono derivate dalla Protein Data Bank (PDB), Swiss-Prot, così come l’ereditarietà mendeliana online nell’uomo (OMIM), e quest’ultima contiene informazioni sui polimorfismi a singolo nucleotide variante (SNPS) che sono noti per causare malattie.