原文链接：溶剂可及性（一）：基本概念

一、基本概念

溶剂可及性（solvent accessibility）一般描述为可及表面积（access surface area，ASA）或者是溶剂可及表面积（solvent-accessibility surface area，SASA），是溶剂可接触的生物分子表面积。 ASA的测量通常以平方埃为单位进行描述（分子生物学中的标准测量单位），通常使用“滚球算法”来计算ASA。

简单来说，给定指定大小的小球在分子表面滚动，小球所经过的区域即是ASA，关于小球的具体大小，和ASA数学建模可以参考Gromiha和Ahmad，2005，Lee和Richards，1971，这里就不再进一步讨论（博主并非生物专业，没对ASA的生物意义进行进一步探究）。

因此，倘若需要计算蛋白质中每个残基（氨基酸）的ASA，需要知道该蛋白质的三级结构，再利用滚球算法即可。计算ASA的算法有许多，ACCESS(1978), Naccess(1993), GETAREA(1998), DSSP(1983), ASC(1993), POPS(2003)。使用较多的是DSSP，后续文章中将介绍如何安装使用DSSP。

至于为什么要研究溶剂可及性，主要概括为以下几点：

研究蛋白折叠以及蛋白稳定性（可能是提高蛋白质二级和三级结构预测准确性的有效因素）
计算蛋白和蛋白相互作用面的面积大小
研究蛋白和配体结合自由能

这三点的具体生物意义触及到博主的知识盲区，就不再过多解释。后文将给出一个具体的研究案例。

二、相对溶剂可及性

对于一个已知结构的蛋白质，利用DSSP可以计算出每个残基的ASA。既然ASA与蛋白质的结构相关，那么相同的氨基酸（20种氨基酸）由于在蛋白质上所处位置的不同计算得到的ASA也会不同。因此，我们常用相对溶剂可及性（relative solvent accessibility，RSA）代替ASA来描述氨基酸。RSA的计算公式比较简单：
R S A = A S A m a x A S A RSA=\frac{ASA}{maxASA} RSA=maxASAASA
A S A ASA ASA 可以通过DSSP求得， m a x A S A maxASA maxASA 则需要通过查表得到，下面是在维基百科查到的 m a x A S A maxASA maxASA 。

可以看出，每一种氨基酸会对应一个 m a x A S A maxASA maxASA ，另外 m a x A S A maxASA maxASA 也随着研究不断更新，python的biopython库就含有 m a x A S A maxASA maxASA 的具体数值，在后续的文章中会简单介绍。

三、RSA与变异

Savojardo C, Manfredi M, Martelli P L, et al. Solvent accessibility of residues undergoing pathogenic variations in humans: from protein structures to protein sequences[J]. Frontiers in molecular biosciences, 2021, 7: 460.

蛋白质并不是一层不变的，在进化过程中会发生变异。简单来说变异分为有害变异（致病性变异）和无害变异（中性变异），经研究发现RSA的数值和变异的类型有着某种联系。该论文计算了已知单氨基酸变异（SRV）位点的RSA，根据RSA的值将所有残基划分为隐藏型（Buried）和暴露型（Exposed），划分的方法是统计每个残基的RSA，将RSA值最小的20%（threshold）认定为Buried，高于20%认定为Exposed，这里需要指出的是20%并不是指残基的20%，是统计所有残基的RSA值，选取所有RSA值中最小的20%对应的残基。20%并不是确定的threshold，也可以为其他数值。

当将所有残基分类后，统计发生变异位点的RSA的数值，得到以下结论：

可以看出，致病性单氨基酸变异大多数发生在Buried位点，而中性变异大多发生在Exposed位点。因此，RSA背后确实有着一定的生物意义，或许还有更多的生物意义有待发现。

参考资料：

https://qinqianshan.com/bioinformatics/protein_design/solvent-accessibility/（蛋白溶剂可及性）

https://www.bilibili.com/video/BV1ta4y1p7yR?spm_id_from=333.880.my_history.page.click（Pymol - 计算溶剂可及表面积(SASA)）

https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_accessible_surface_area（Relative accessible surface area）

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