• uzyskanie szczegółowej i pełnej ilościowej charakterystyki kieszeni powierzchniowych i wewnętrznych pustek białek przy użyciu CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins).

• aby zapoznać się z zasobem Online CASTp.

białka są jedną z ważnych podstawowych jednostek wszystkich żywych komórek. Białka mają szeroki zakres funkcji we wszystkich żywych istotach. Niektóre z ważnych funkcji, takich jak replikacja DNA, kataliza reakcji metabolicznych, transport cząsteczek z jednego miejsca do drugiego itp. są wykonywane za pomocą białek.

budulcem białek są aminokwasy. Aminokwasy powstają z grupy funkcyjnej aminy (- NH2) i kwasu karboksylowego (- COOH), a także łańcucha bocznego, który jest specyficzny dla każdego aminokwasu. W ludzkim ciele znajduje się prawie 20 aminokwasów, które zwykle różnią się w grupach R. W białkach aminokwasy są połączone ze sobą za pomocą wiązań peptydowych. Wiązanie peptydowe powstaje, gdy grupa karboksylowa jednego aminokwasu jest połączona z grupą aminową innej cząsteczki poprzez wiązanie kowalencyjne.

białka różnią się od siebie budową, przede wszystkim sekwencją aminokwasów. Struktura wyjaśnia różne poziomy organizacji cząsteczki białka. Struktura białka dzieli się na pierwotne, wtórne, trzeciorzędowe i czwartorzędowe. Liniowa Sekwencja łańcucha polipeptydowego aminokwasu odnosi się do pierwotnej struktury białek. Międzycząsteczkowe i wewnątrzcząsteczkowe wiązanie wodorowe między grupami amidowymi w strukturze pierwotnej białka tworzą strukturę wtórną. Helisy alfa i arkusze beta są dwie ważne struktury wtórne w białku. Trójwymiarowa struktura pojedynczej cząsteczki białka odnosi się do struktury trzeciorzędowej. Struktura czwartorzędowa jest tworzona przez kilka cząsteczek białka lub łańcuchów polipeptydowych.

interakcja z cząsteczkami, takimi jak substrat, ligand, DNA i inne domeny, pomaga białkom realizować swoje specyficzne funkcje. Trójwymiarowa struktura białka daje wymagany kształt i cechy fizykochemiczne ułatwiające takie interakcje. Związek między strukturą białka a jego funkcją Można badać poprzez informacje strukturalne regionów powierzchni białka. W szczególności badanie powierzchni białek pozwala zrozumieć mechanizm enzymatyczny, który pomaga określić swoistość wiązania. Można również zidentyfikować funkcje biologiczne struktur białkowych (nowo rozwiązanych) o nieznanej funkcji.

CASTp

serwer internetowy CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) jest narzędziem online, które lokalizuje, mierzy i charakteryzuje kieszenie na powierzchniach białek oraz puste przestrzenie we wnętrzu białek. Te powierzchniowe kieszenie i puste przestrzenie są wklęsłymi regionami białek, które są zwykle skorelowane z aktywnością wiązania. CASTp wykorzystuje kształt alfa i algorytm kieszonkowy opracowany w geometrii obliczeniowej (Jie Liang et al., 2003), aby wyznaczyć i zmierzyć kieszenie powierzchniowe i puste przestrzenie w białkach. W CASTp kieszenie powierzchniowe są wyjaśnione jako wklęsłe obszary białek z miejscami wiązania w otworze. Kieszenie te umożliwiają również łatwy dostęp do cząsteczek wody z zewnątrz. Pustki są opisywane jako ukryte puste przestrzenie we wnętrzu białek, które są niedostępne dla cząsteczek wody po usunięciu wszystkich heteroatomów z zewnątrz.

Rysunek 1: kieszeń wiążąca (Zielona) proteazy HIV-1 (1hte). Ligand Gr12397 (żółty) zajmuje miejsce wiązania.

źródło obrazu: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php

narzędzie CASTp online analizuje wszystkie kieszenie powierzchniowe i wewnętrzne pustki na trójwymiarowej strukturze białka, a także daje szczegółową charakterystykę wszystkich atomów związanych z tworzeniem tych pustek i kieszeni. CASTp wykorzystuje zarówno model powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika (Powierzchnia Richardsa), jak i model powierzchni molekularnej (Powierzchnia Connolly ’ ego) do analitycznego pomiaru powierzchni i objętości każdej pustki i kieszeni. Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika inaczej znana jako powierzchnia molekularna Richardsa to powierzchnia biomolekuły, która jest dostępna dla rozpuszczalnika. Poza tym CASTp mierzy również rozmiar każdej kieszeni i otworów ust. Umożliwia to określenie dostępności miejsc wiązania do różnych ligandów i substratów. Obliczenia lub analiza powierzchni białek przy użyciu CASTp ma szereg zalet w badaniach biologicznych.

Adnotacje te pochodzą z banku danych o białkach (PDB), Swiss-Prot, a także internetowego dziedziczenia Mendelowskiego u człowieka (OMIM), a ten ostatni zawiera informacje na temat wariantu polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNPs), o których wiadomo, że powodują choroby.