アクセス可能な表面面積

アクセス可能な表面積( ASA) または溶媒アクセス可能な表面積(SASA) は、溶媒がアクセスできる生体分子の表面積です。ASA の測定値は通常、平方オングストローム(分子生物学の標準測定単位) の単位で表されます。ASA は、1971 年に Lee と Richards によって初めて説明され、Lee-Richards 分子表面と呼ばれることもあります。^[1] ASA は通常、1973 年に Shrake と Rupley によって開発された「ローリング ボール」アルゴリズムを使用して計算されます。^{[2]このアルゴリズムは、特定の}半径の球 (溶媒) を使用して分子の表面を「プローブ」します。

Shrake-Rupley アルゴリズムは、分子の各原子から等距離にある点のメッシュを描画し、溶媒にアクセスできるこれらの点の数を使用して表面積を決定する数値手法です。^[2]点は、ファンデルワールス半径を超えた水分子の推定半径に描画されます。これは、表面に沿って「ボールを転がす」ことに実質的に似ています。すべての点は、隣接する原子の表面に対してチェックされ、それらが埋め込まれているかアクセス可能かが判断されます。アクセス可能な点の数に、各点が表す表面積の割合を掛けて ASA を計算します。「プローブ半径」の選択は、観測される表面積に影響します。プローブ半径が小さいほど、表面の詳細が検出されるため、報告される表面が大きくなるためです。一般的な値は 1.4Å で、これは水分子の半径に近似しています。結果に影響を与えるもう 1 つの要因は、調査対象の分子内の原子の VDW 半径の定義です。たとえば、分子には水素原子が欠けていることがよくありますが、これは構造に暗黙的に含まれています。水素原子は、「重い」原子の原子半径に暗黙的に含まれている可能性があり、これは「グループ半径」と呼ばれる尺度で表されます。さらに、各原子のファンデルワールス面上に作成される点の数によって離散化の別の側面が決定され、点の数が多いほど詳細度が高くなります。

LCPO法は、2体問題の線形近似を使用してASAの解析計算を高速化します。^[3] LCPOで使用される近似では、1〜3Ųの範囲の誤差が生じます。

最近^{[いつ? ] 、}べき乗図を用いてASAを高速かつ解析的に計算する方法が発表されました。^[4]

アクセス可能な表面積は、生体分子を水性溶媒から脂質環境などの非極性溶媒に移動させるために必要な移動自由エネルギーを計算するときによく使用されます。LCPO 法は、分子動力学ソフトウェア パッケージAMBERで暗黙の溶媒効果を計算するときにも使用されます。

最近^{[いつ? ]、}（予測された）アクセス可能な表面積を使用してタンパク質の二次構造の予測を改善できることが示唆されました。^{[5] [6]}

ASAは、溶媒排除表面（コノリー分子表面積または単にコノリー表面とも呼ばれる）の概念と密接に関連しており、バルク溶媒内の空洞として想像されます。これは、フレデリック・リチャーズ^{[7]によって開発され、1983年にマイケル・コノリー[8]}と1984年にティム・リッチモンド^[9]によって3次元的に実装されたローリングボールアルゴリズムによって実際に計算されています。コノリーはさらに数年を費やしてこの方法を完成させました。^[10]

• 暗黙の溶媒和
• ファンデルワールス面
• ペプチドとタンパク質の構造を解析するためのVADARツール
• 相対的にアクセス可能な表面積

• Connolly, ML (1983). 「タンパク質と核酸の溶媒アクセス可能な表面」. Science . 221 (4612): 709– 713. Bibcode :1983Sci...221..709C. doi :10.1126/science.6879170. PMID  6879170.
• リッチモンド、ティモシー J. (1984)。「タンパク質の溶媒接触表面積と排除体積」。J. Mol. Biol . 178 (1): 63– 89. doi :10.1016/0022-2836(84)90231-6. PMID  6548264。
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• Busa, Jan; Dzurina, Jozef; Hayryan, Edik (2005). 「ARVO: 解析方程式により、溶媒がアクセス可能な表面積と重なり合う球の排除体積を計算する Fortran パッケージ」。Comput . Phys. Commun . 165 (1): 59– 96. Bibcode :2005CoPhC.165...59B. doi :10.1016/j.cpc.2004.08.002.

• ネットワーク科学、パート 5: 溶媒にアクセスできる表面
• AREAIMOL は、ASA を計算するための CCP4 プログラム スイートのコマンド ライン ツールです。
• NACCESS 溶媒アクセス可能領域の計算。
• FreeSASA ASA を計算するためのオープンソースのコマンドライン ツール、C ライブラリ、および Python モジュール。
• Surface Racer Oleg Tsodikov の Surface Racer プログラム。溶媒アクセス可能領域と分子表面積および平均曲率を計算します。学術的使用は無料です。
• ASA.py — Shrake-Rupley アルゴリズムのPythonベースの実装。
• Michel Sanner の分子表面 – 排除表面を計算する最速のプログラム。
• pov4grasp は分子表面をレンダリングします。
• 分子表面パッケージ — Michael Connolly のプログラム。
• Volume Voxelator — 除外されたサーフェスを生成する Web ベースのツール。
• ASV フリーウェア n 個の球の和集合の体積と表面積の解析計算 (モンテカルロ計算も提供)。
• Vorlume 3D ボール群の表面積と体積を計算します。
• GetArea オンラインでタンパク質の溶媒アクセス可能な表面積を計算します。