• pentru a obține o caracterizare cantitativă detaliată și completă a buzunarelor de suprafață și a golurilor interioare ale proteinelor folosind CASTp (Atlasul calculat al topografiei suprafeței proteinelor).

• pentru a vă familiariza cu resursa online CASTp.

proteinele sunt una dintre unitățile fundamentale importante ale tuturor celulelor vii. Proteinele au o gamă largă de funcții în cadrul tuturor ființelor vii. Unele dintre funcțiile importante, cum ar fi replicarea ADN-ului, cataliza reacțiilor metabolice, transportul moleculelor dintr-o locație în alta etc. sunt efectuate cu ajutorul proteinelor.

elementele constitutive ale proteinelor sunt aminoacizii. Aminoacizii sunt făcuți dintr-o grupare funcțională amină (-NH2) și un acid carboxilic (- COOH), precum și un lanț lateral specific fiecărui aminoacid. Există aproape 20 de aminoacizi găsiți în corpul uman care variază de obicei în grupurile lor R. În proteine, aminoacizii sunt legați între ei prin legături peptidice. O legătură peptidică se formează atunci când gruparea carboxil a unui aminoacid este legată de gruparea amino a unei alte molecule printr-o legătură covalentă.

proteinele diferă unele de altele în structura lor, în primul rând în secvența lor de aminoacizi. Structura explică diferitele niveluri de organizare a unei molecule de proteine. Structura proteinei este clasificată în primar, secundar, terțiar și cuaternar. Secvența liniară lanțul polipeptidic al aminoacidului se referă la structura primară a proteinelor. Legătura intermoleculară și intra-moleculară a hidrogenului între grupările amidice din structura primară a proteinei formează structura secundară. Helicele alfa și foile beta sunt cele două structuri secundare importante din proteine. Structura tridimensională a unei singure molecule de proteină se referă la structura terțiară. Structura cuaternară este formată din mai multe molecule de proteine sau lanțuri polipeptidice.

interacțiunea cu molecule precum substratul, ligandul, ADN-ul și alte domenii ajută proteinele să-și îndeplinească funcția specifică. Structura tridimensională a proteinei dă forma necesară și caracteristicile fizico-chimice pentru a facilita astfel de interacțiuni. Relația dintre structura proteinei și funcția sa poate fi studiată prin informațiile structurale ale regiunilor de suprafață ale proteinelor. În special, un studiu al regiunilor de suprafață proteice permite înțelegerea mecanismului enzimatic, care ajută la determinarea specificității de legare. De asemenea, pot fi identificate funcțiile biologice ale structurilor proteice (nou rezolvate) cu o funcție necunoscută.

CASTp

serverul Web CASTp (Atlasul calculat al topografiei suprafeței proteinelor) este un instrument online care localizează, măsoară și caracterizează buzunarele de pe suprafețele proteice și golurile din interiorul proteinelor. Aceste buzunare și goluri de suprafață sunt regiunile concave ale proteinelor care sunt de obicei corelate cu activitățile de legare. CASTp folosește forma alfa și algoritmul de buzunar dezvoltat în geometria computațională (Jie Liang și colab., 2003) pentru a delimita și măsura buzunarele și golurile de suprafață din proteine. În CASTp, buzunarele de suprafață sunt explicate ca regiuni concave ale proteinelor cu situsuri de legare la deschidere. Aceste buzunare permit, de asemenea, accesul ușor al moleculelor de apă din exterior. Golurile sunt descrise ca spații libere ascunse în interiorul proteinelor, care sunt inaccesibile moleculelor de apă după îndepărtarea tuturor atomilor hetero din exterior.

Figura 1: buzunarul de legare (verde) al proteazei HIV-1 (1hte). Ligandul Gr12397 (galben) ocupă locul de legare.

sursa imaginii: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php

instrumentul online CASTp analizează toate buzunarele de suprafață și golurile interioare pe structura tridimensională a unei proteine și oferă, de asemenea, o caracterizare detaliată a tuturor atomilor asociați în formarea acestor goluri și buzunare. CASTp folosește atât modelul de suprafață accesibil solventului (suprafața lui Richards), cât și modelul de suprafață moleculară (suprafața lui Connolly) pentru a măsura analitic suprafața și volumul fiecărui gol și buzunar. Suprafața accesibilă a solventului, altfel cunoscută sub numele de suprafața moleculară a lui Richards, este suprafața unei biomolecule care este accesibilă unui solvent. În afară de aceasta, CASTp măsoară și dimensiunea fiecărui buzunar și a deschiderilor gurii. Acest lucru permite determinarea accesibilității site-urilor de legare la diferite liganzi și substraturi. Calculul sau analiza suprafeței proteinelor folosind CASTp are o serie de avantaje în studiile biologice.

informațiile funcționale adnotate ale proteinelor sunt, de asemenea, incluse în noua versiune a CASTp. Aceste adnotări sunt derivate din Banca de date a proteinelor (PDB), Swiss-Prot, precum și moștenirea Mendeliană Online la om (OMIM), iar acesta din urmă conține informații despre varianta polimorfisme nucleotidice unice (SNP) despre care se știe că provoacă boli.