• för att få en detaljerad och fullständig kvantitativ karakterisering av ytfickor och inre hålrum av proteiner med hjälp av CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins).

• för att bekanta sig med online-resursen CASTp.

proteiner är en av de viktiga grundläggande enheterna i alla levande celler. Proteiner har ett brett spektrum av funktioner inom alla levande varelser. Några av de viktiga funktionerna som DNA-replikation, katalys av metaboliska reaktioner, transport av molekyler från en plats till en annan etc. utförs med hjälp av proteiner.

byggstenarna i proteiner är aminosyror. Aminosyror är gjorda av en amin (-NH2) och en karboxylsyra (-COOH) funktionella grupper samt en sidokedja som är specifik för varje aminosyra. Det finns nästan 20 aminosyror som finns i människokroppen som vanligtvis varierar i deras R-grupper. I proteiner är aminosyrorna kopplade till varandra med hjälp av peptidbindningar. En peptidbindning bildas när karboxylgruppen av en aminosyra är kopplad till aminogruppen i en annan molekyl genom en kovalent bindning.

proteiner skiljer sig från varandra i sin struktur, främst i deras sekvens av aminosyror. Strukturen förklarar de olika organisationsnivåerna för en proteinmolekyl. Proteinstrukturen klassificeras i primär, sekundär, tertiär och kvartär. Den linjära sekvensen polypeptidkedjan av aminosyra avser den primära strukturen av proteiner. Den intermolekylära och intra-molekylära vätebindningen mellan amidgrupperna i primär struktur av protein bildar sekundär struktur. Alpha helices och beta sheets är de två viktiga sekundära strukturerna i protein. Den tredimensionella strukturen hos en enda proteinmolekyl avser den tertiära strukturen. Den kvartära strukturen bildas av flera proteinmolekyler eller polypeptidkedjor.

interaktionen med molekyler som substrat, ligand, DNA och andra domäner hjälper proteinerna att utföra sin specifika funktion. Den tredimensionella strukturen av protein ger den erforderliga formen och fysikalisk-kemiska egenskaper för att underlätta sådana interaktioner. Förhållandet mellan proteinstrukturen och dess funktion kan studeras genom strukturell information om proteinytregioner. Speciellt möjliggör en studie av proteinytregioner att förstå enzymmekanismen, vilket hjälper till att bestämma bindningspecificiteten. Dessutom kan de biologiska funktionerna hos proteinstrukturer (nyligen lösta) med en okänd funktion identifieras.

CASTp

webbservern Castp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) är ett onlineverktyg som lokaliserar, mäter och karakteriserar fickorna på proteinytorna och hålrummen i proteins inre. Dessa ytfickor och tomrum är de konkava regionerna av proteiner som vanligtvis är korrelerade med bindande aktiviteter. CASTp använder alfaformen och fickalgoritmen utvecklad i beräkningsgeometri (Jie Liang et al., 2003) för att avgränsa och mäta ytfickorna och hålrummen i proteiner. I CASTp förklaras ytfickorna som konkava regioner av proteiner med bindningsställen vid öppningen. Dessa fickor möjliggör också enkel åtkomst av vattenmolekyler från utsidan. Hålrummen beskrivs som dolda lediga utrymmen i det inre av proteiner, som är otillgängliga för vattenmolekyler efter att alla hetero-atomer har tagits bort från utsidan.

Figur 1: bindningsfickan (grön) av HIV-1-proteas (1hte). Liganden Gr12397 (gul) upptar bindningsstället.

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

castp online-verktyget analyserar alla ytfickor och inre hålrum på tredimensionell struktur av ett protein och det ger också en detaljerad karaktärisering av alla atomer som är associerade vid bildandet av dessa hålrum och fickor. CASTp använder både lösningsmedelsanpassad ytmodell (Richards yta) och molekylär ytmodell (Connollys yta) för att analytiskt mäta området och volymen för varje tomrum och ficka. Lösningsmedel tillgänglig ytarea annars känd som Richards molekylära yta är ytan på en biomolekyl som är tillgänglig för ett lösningsmedel. Förutom detta mäter CASTp också storleken på varje fickor och munöppningar. Detta gör det möjligt att bestämma tillgängligheten av bindningsställen till olika ligander och substrat. Beräkningen eller ytanalysen av proteiner med CASTp har ett antal fördelar i biologiska studier.

den kommenterade funktionella informationen om proteiner ingår också i den nya versionen av CASTp. Dessa anteckningar härrör från Protein Data Bank (PDB), Swiss-Prot, samt Online Mendelian arv i människan (OMIM), och den senare innehåller information om varianten single nucleotide polymorphisms (SNP) som är kända för att orsaka sjukdom.