Voronoi-Based Detection of Pockets in Proteins Defined by Large and Small Probes

Abstract

Funkce enzymatických proteinů souvisí s jejich schopností vázat specifické malé molekuly v aktivních místech. Tato místa lze často najít v kapsách na hypotetickém rozhraní mezi proteinem a jeho okolním prostředím. Detekce, analýza a vizualice kapes se uplatňuje při návrhu nových proteinů a při objevování léků. V minulosti bylo navrženo mnoho definic kapes a algoritmů pro jejich výpočet. Kawabata a Go definují kapsy jako regiony prázdného prostoru, do kterých může vstoupit malá sférická sonda ale velká ne, a vyvinuli programy pro výpočet přibližného tvaru těchto kapes. V tomto článku byla tato definice mírně upravena, aby bylo možné zachytit existenci velkých vnitřních děr, a je zde navržena metoda pro výpočet jejich přesného tvaru s pomocí Voroného diagramu. Tato metoda nejprve umístí konečný počet velkých sond na vnější povrch modelu proteinu. Tyto velké sondy společně s atomy proteinu tvoří bariéru pro malou sondu. Poté se spočítá přesný tvar regionů pro malou sondu. Voroného diagramy zde pomáhají s bezpečnou navigací sférických sond mezi sférickými překážkami. Detekované regiony jsou interně reprezentovány jako grafy vrcholů a hran popisující možný pohyb středu malé sondy podél Voroného hran. Z této grafové reprezentace lze získat povrch ohraničující každý region a použít ho pro vizualizaci, výpočtet objemu, nebo pro porovnání s jinými metodami.