• om een gedetailleerde en volledige kwantitatieve karakterisering te verkrijgen van oppervlaktecckets en inwendige holtes van eiwitten met behulp van CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins).

• om vertrouwd te raken met de online bron CASTp.

eiwitten zijn een van de belangrijke fundamentele eenheden van alle levende cellen. De proteã nen hebben een brede waaier van functies binnen alle levende wezens. Enkele belangrijke functies zoals de replicatie van DNA, katalyse van metabolische reacties, Vervoer van molecules van één plaats aan een andere enz. worden uitgevoerd met behulp van eiwitten.

de bouwstenen van eiwitten zijn aminozuren. Aminozuren worden gemaakt van een amine (-NH2) en een carboxylzuur (- COOH) functionele groepen evenals een zijketen die specifiek is voor elk aminozuur. Er zijn bijna 20 aminozuren gevonden in het menselijk lichaam die meestal varieert in hun R-groepen. In proteã nen, zijn de aminozuren met elkaar verbonden door middel van peptidebindingen. Een peptide band wordt gevormd wanneer de carboxylgroep van één aminozuur met de aminogroep van een andere molecule door een covalente band wordt verbonden.

eiwitten verschillen van elkaar in hun structuur, voornamelijk in hun sequentie van aminozuren. De structuur verklaart de verschillende niveaus van organisatie van een eiwitmolecuul. De eiwitstructuur wordt geclassificeerd in primair, secundair, Tertiair, en quaternair. De lineaire opeenvolging de polypeptideketen van aminozuur verwijst naar de primaire structuur van proteã nen. De intermoleculaire en intra-moleculaire waterstofbindingen tussen de amidegroepen in primaire structuur van eiwit vormen secundaire structuur. Alpha helices en beta bladen zijn de twee belangrijke secundaire structuren in proteã ne. De driedimensionale structuur van een enkele eiwitmolecule verwijst naar de tertiaire structuur. De quaternaire structuur wordt gevormd door verscheidene eiwitmoleculen of polypeptidekettingen.

de interactie met moleculen zoals substraat, ligand, DNA en andere domeinen helpt de eiwitten zijn specifieke functie uit te voeren. De driedimensionale structuur van proteã ne geeft de vereiste vorm en fysicochemische eigenschappen om dergelijke interactie te vergemakkelijken. Het verband tussen de eiwitstructuur en zijn functie kan door de structurele informatie van eiwitoppervlaktegebieden worden bestudeerd. In het bijzonder, laat een studie van eiwitoppervlaktegebieden toe om het enzymmechanisme te begrijpen, dat helpt om de bindende specificiteit te bepalen. Ook, kunnen de biologische functies van eiwitstructuren (onlangs opgelost) met een onbekende functie worden geà dentificeerd.

CASTp

De CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) webserver is een online tool die de zakken op de eiwitoppervlakken en de holtes in het binnenste van eiwitten lokaliseert, meet en karakteriseert. Deze oppervlakzakken en holtes zijn de concave gebieden van proteã nen die gewoonlijk met bindende activiteiten gecorreleerd zijn. CASTp maakt gebruik van de alpha vorm en de zak algoritme ontwikkeld in computationele geometrie (Jie Liang et al., 2003) om de oppervlakzakken en holtes in eiwitten af te bakenen en te meten. In CASTp, worden de oppervlaktezakken verklaard als concave gebieden van proteã nen met bindende plaatsen bij de opening. Deze zakken bieden ook gemakkelijke toegang tot watermoleculen van buitenaf. De holtes worden beschreven als verborgen lege ruimten in het binnenland van proteã nen, die voor watermolecules na het verwijderen van alle heteroatomen van buitenkant ontoegankelijk zijn.

figuur 1: de binding pocket (groen) van HIV-1 protease (1hte). De ligand Gr12397 (geel) bezet de bindingsplaats.

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

De CASTp online tool analyseert alle oppervlakte-en binnenvaatjes op de driedimensionale structuur van een eiwit en geeft ook een gedetailleerde karakterisering van alle atomen die bij de vorming van deze holten en zakken zijn betrokken. CASTp gebruikt zowel het oplosmiddeltoegankelijke oppervlaktemodel (Richards ‘surface) als het moleculaire oppervlaktemodel (Connolly’ s surface) om het oppervlak en het volume van elke leegte en pocket analytisch te meten. Oplosmiddeltoegankelijke oppervlakte ook bekend als Richards ‘ moleculaire oppervlakte is de oppervlakte van een biomolecule die toegankelijk is voor een oplosmiddel. Daarnaast meet CASTp ook de grootte van elke zakken en mondopeningen. Dit laat toe om de toegankelijkheid van bandplaatsen aan verschillende ligands en substraten te bepalen. De berekening of oppervlakteanalyse van proteã nen die CASTp gebruiken heeft een aantal voordelen in biologische studies.

de geannoteerde functionele informatie van eiwitten is ook opgenomen in de nieuwe versie van CASTp. Deze annotaties zijn afgeleid van de Eiwitdatabank (PDB), Swiss-Prot, evenals online Mendelian overerving in de mens (Omim), en de laatste bevat informatie over de variant single nucleotide polymorphisms (SNPs) waarvan bekend is dat ze ziekte veroorzaken.