Bioinformatyka wykład 11, 11.I.2011 Białkowa bioinformatyka strukturalna c.d.

Transkrypt

1 Bioinformatyka wykład 11, 11.I.2011 Białkowa bioinformatyka strukturalna c.d

2 Dopasowanie strukturalne (alignment) odległość: d ij = (x i -x J ) 2 + (y i -y J ) 2 + (z i -z J ) 2 ε c e f d α b β γ δ ζ Root mean square deviation - zwykle Cα

3 podobnie jak identyczność sekwencji, RMSD ma sens tylko dla określonego dopasowania i regionu sekwencji

4 Macierz odległości / macierz kontaktów Macierz kontaktów uproszczona (0 albo 1) macierz odległosci. reszty pozostajace w kontakcie, (np. < 5 A). białka posiadają podobną strukturę, -> macierze są podobne a a b c b c

5 porównanie struktur - programy VAST - Vector alignment Search Tool; dopasowanie wektorowe; wektory opisujące struktury drugorzędowe DALI - Distance Alignment Tool; dopasowanie macierzy odległości FATCAT - Flexible Alignment allowing Twists LGA lokalna i globalna optymalizacja RMSD (longest continuous segments & global distance test) Wybór metody porównania struktur zależy od problemu

6 Plan wykładu doświadczalne metody badania struktur białkowych: krystalografia, NMR, inne oddziaływania decydujące o strukturze białka pole siłowe - opis energetyczny struktur białka

7 Plan wykładu doświadczalne metody badania struktur białkowych: krystalografia, NMR, inne oddziaływania decydujące o strukturze białka pole siłowe - opis energetyczny struktur białka

8 Krystalografia promieni X oddziaływania promieni X z elektronami

9 Informacje gęstość elektronowa krystalografia

10 NMR magnetyczny rezonans jądrowy oddziaływania momentów magnetycznych jąder atomowych z zewnętrznym polem magnetycznym wykorzystuje się protony, C13, N

11 NMR magnetyczny rezonans jądrowy Ze sprzężeń spin-spin -> informacje: kąty torsyjne i więzy na odległości Otrzymuje się ensembl struktur spełniających więzy

12 krystalografia promieni X NMR najwięcej rozwiązanych struktur krystalizacja! białka w roztworze, ale ograniczenia wielkości białek, kosztowne znakowanie izotopowe mikroskopia elektronowa duże struktury, np. kompleksy, zwykle z użyciem struktur krystalogr. elementów krystalografia neutronowa protony są widoczne wszystkie doświadczalne metody wyznaczania struktur obejmują elementy modelowania struktur

13 Typical steps in experimental structure determination (X-ray) Cloning and expression Purification Crystallization X-ray data collection X-ray data processing, model building and refinement We get the real thing, however: In the past the whole process could take a few years Problems in any step can halt the structure solving process Recently: substantial progress in speeding up and automation of structure solving The structure - sequence gap: millions of sequences in NCBI, protein structures in the PDB (as of mid Jan 2011) 13

14 Plan wykładu doświadczalne metody badania struktur białkowych: krystalografia, NMR, inne oddziaływania decydujące o strukturze białka pole siłowe - opis energetyczny struktur białka

15 Oddziaływania decydujące o strukturze białka

16 Oddziaływania decydujące o strukturze białka lokalne długozasięgowe

17 Struktura natywna minimum energii swobodnej F = U TS Prawdopodobieństwo stanu ~ exp(-f/k B T)

18 Oddziaływania elektrostatyczme Electrostatics in uniform media: potential ϕ 1 = q 1 /εr Interaction of two charges: U = ϕ 1 q 2 = ϕ 2 q 1 = q 1 q 2 /εr Protein/water interface In non-uniform media: ε =? At atomic distances: ε =? ε = 1 vacuum ε 3 protein ε 80 water

19 Oddziaływania van der Waalsa Oddziaływanie elektrostatyczne dipol-dipol (uśrednione) Oddziaływanie indukcyjne (dipol-dipol indukowany) Oddziaływanie dyspersyjne (dipol indukowany - dipol indukowany) ~ 1/r

20 Siły odpychania walencyjnego zakaz Pauliego (na jednym orbitalu molekularnym nie mogą się znajdować więcej niż dwa elektrony). E ~ exp(-r), często przybliżana E ~ 1/r

21 oddziaływania van der Waalsa oraz siły odpychania walencyjnego

22 Efekt hydrofobowy

23 Efekt hydrofobowy węglowodór fosforan Entropia!

24 Plan wykładu doświadczalne metody badania struktur białkowych: krystalografia, NMR, inne oddziaływania decydujące o strukturze białka pole siłowe - opis energetyczny struktur białka

25 Opis energetyczny struktury białka Przyzwoity opis układu molekularnego równanie falowe Schrödingera...ale dla większości zastosowań wystarczy klasyczny model białka

26