Bioinformatyka wykład 8, 27.XI.2012

Transkrypt

1 Bioinformatyka wykład 8, 27.XI.2012 białkowa bioinformatyka strukturalna c.d

2 Plan wykładu regiony nieuporządkowane sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek

3 Regiony nieuporządkowane disordered regions trudna definicja trudne do przewidzenia nie zawsze tożsame z pętlami nie zawsze tożsame z regionami o niskiej specyficzności ważne biologicznie sprzężenie zwijania białka i wiązania duże znaczenie praktyczne

4 Regiony nieuporządkowane pętle / zwoje gdzie? gorące pętle (wg czynników temperatury ze struktur krystalograficznych) obszary o brakujących współrzędnych (w strukturach krystalograficznych i NMR) przewidywanie np. sieci neuronowe

5 Kalcyneuryna extremely sensitive to protease digestion: a disordered ensemble; confirmed in X-ray diffraction structure by missing coordinates disorder likely to be essential to provide calmodulin (right) with space needed to completely surround its target helix...the existence and commonness of proteins with intrinsic disorder call for a reassessment of the structure-function paradigm... (Wright and Dyson )

6 Nieporządek przewidywarka komercyjna

7 Nieporządek przewidywarka

8 Nieporządek w kalmodulinie

9 Granice dokładności przewidywań strukturalnych Ograniczone zestawy danych do uczenia algorytmów Niejednoznaczność definicji przedmiotu przewidywań np. struktura II-rzędowa Warto łączyć różne przewidywania pamiętać o kontekście. Np. fosforylacjawewnątrz komórki; glikozylacja na zewnątrz Interpretacja

10 Wiązania wodorowe a struktury drugorzędowe H-bond acceptor Łańcuch białkowy H-bond donor

11 Poziomy organizacji struktury białka

12 Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych. analiza i porównywanie struktur białek

13 Struktura Jak warto białka sobie jak wyobrażać wygląda? strukturę białka? all-atom representation ribbon representation surface representation

14 Kształt fold. C Struktura łańcucha głównego

15 Kształt fold. Wiązania wodorowe łańcucha głównego

16 Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów

17 Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań

18 Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek

19 Powierzchnia białka Powierzchnia molekularna (Connolly ego) Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa) solvent protein

20 Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych. analiza i porównywanie struktur białek

21 Przykładowe programy do obrazowania struktur białkowych Rasmol - klasyka PDB website> Jmol, WebMol Swiss-PDBviewer Komercyjne Sybyl (Tripos), InsightII (Accelrys), Schrödinger dziesiątki innych

22 Istotne cechy programów do obrazowania struktur Szybkość operacji np. obroty Jakość obrazu np. powierzchnie Operacje na wielu strukturach Operacje na sekwencjach Połączenie z bazami danych Połączenie z programami do modelowania struktur

23 Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek

24 Klasy struktur białkowych all-alpha alpha/beta few secondary structure elements all-beta

25 Popularne systemy klasyfikacji struktur białkowych SCOP - visual inspection & automated methods, A. Murzin CATH - semi-automatic, FSSP automated (DALI)

26 Porównywanie struktur Porównanie dwóch modeli tej samej struktury Porównanie dwóch bliskich homologów Porównanie białek o podobieństwie odległym (w najlepszym razie) a) dopasowanie sekwencji oczywiste b) dopasowanie sekwencji niejednoznaczne

27 Kształt (fold) a topologia myohemeyrthrin ferritin

28 Dopasowanie struktur białkowych Dopasowanie (alignment) strukturalne - struktura 3D domeny jednego białka jest nakładana na strukturę domeny drugiego białka tak, aby średnia odległość między odpowiednimi atomami struktur była możliwie jak najmniejsza; Podobieństwo strukturalne mogą wykazywać białka, które nie wykazują podobieństwa sekwencji. Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyć o związkach ewolucyjnych. Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyć o podobieństwie funkcji

29 Dopasowanie strukturalne (alignment) odległość: d ij (x i - x J ) 2 + (y i - y J ) 2 + (z i - z J ) 2 c e f a d b Root mean square deviation - zwykle C

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

31 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

32 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