Bioinformatyka wykład 9

Transkrypt

1 Bioinformatyka wykład 9 14.XII.21 białkowa bioinformatyka strukturalna krzysztof_pawlowski@sggw.pl

2 Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste

3 Thornton Nat Struct Biol. 2; 7 Suppl:

4 Łańcuch białkowy: Regularny łańcuch główny (main chain), Kodowane przez geny łańcuchy boczne (side chains) ~ 2 1 sekwencji ~ 3 1 konformacji

5 Protein chain Covalent bond lengths: Å Peptide bond Covalent bond angles: 19 o 12 o Amino-acid residue Atom radii: 1 2 Å

6 Wiązania wodorowe likelihood of finding an unsatisfied hydrogen bond in a protein is insignificant Protein Sci. 25;14:1911 Problem definicji wykrywania wiązania wodorowego w znanych strukturach

7 Wiązania wodorowe cząsteczka wody Oddziaływanie dipol-dipol Energia wiązania wodorowego w białku rzędu 2 kcal/mol (w wodzie 5 kcal/mol ) wiązania białko-białko oraz białko-woda

8 Wiązania wodorowe Donor: H w grupach OH, NH, NH2 (NH - łańcuch główny) Akceptor: O, N (wolne pary elektronowe). (CO - łańcuch główny) Łańcuchy boczne np. Ser, Tyr (często mogą być akceptorami oraz donorami WODA

9

10

11 Struktury drugorzędowe Struktury drugorzędowe: α helisa (α helix) - stabilizowana wiązaniami wodorowymi w helisie β struktura (β sheet) - stabilizowana wiązaniami wodorowymi z inną β strukturą; układy równoległe i antyrównoległe zwrot β (β turn, reverse turn, harpin bend) pętla (loop) - łączy inne struktury zwój (coil, random coil) - pozostałe struktury

12 Łańcuch białkowy

13 Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste regiony nieuporządkowane

14 Modyfikacje posttranslacyjne Cięcia łańcucha białkowego (proteoliza) Glikozylacja,... Modyfikacje końców (acetylacja,...) Modyfikacje łańcuchów bocznych (wiązania dwusiarczkowe, fosforylacja,...) Wiązanie kofaktorów, jonów, Efektywnie alfabet aminokwasowy się powiększa 2 N

15 Side chains

16 Przewidywanie glikozylacji sieci neuronowe,

17 Przewidywanie fosforylacji sieci neuronowe,

18 Sieci neuronowe - sekwencja jest analizowana zachodzącymi oknami (13-17 aminokwasów); na wejściu podawana jest sekwencja w oknie; przewidywana jest struktura dla aminokwasu centralnego; uwzględniane są oddziaływania aminokwasów na siebie przy określaniu struktury - analiza w kontekście; sieć jest uczona na sekwencjach o znanej strukturze, podczas uczenia określane są wagi, które są później nadawane sygnałom; przewiduje struktury 2D i regiony hydrofobowe sekwencja wejściowa w oknie L S W T K C Y A V S G A P 1 warstwa ukryta α β coil warstwa wyjściowa przewidywana struktura warstwa wejściowa - 1 jedn. wej. dla każdego aa w oknie; informacje o innych aa, właściwości, profil 1 α

19 Istota działania sztucznego neuronu: Sumowanie sygnałów wejściowych z odpowiednią wagą i poddanie sumy funkcji aktywacji y i = f ( N j= 1 W ij x j ) Xj sygnał wejściowy Wij współczynniki wagowe wagi synaptyczne przy ujemnych wagach neuron przekazuje sygnał gaszący, przy dodatnich - pobudzający

20 Modyfikacje lokalne a długozasięgowe Przewidywanie oddziaływań długozasięgowych znacznie trudniejsze Parowanie struktur beta Parowanie cystein w mostkach dwusiarczkowych

21 Modyfikacje sekwencyjnie specyficzne a niespecyficzne Rzadsze modyfikacje, np. glutationylacja bądź nitrozylacja cystein, mogą być trudniejsze do przewidzenia na podstawie lokalnej sekwencji

22 Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste regiony nieuporządkowane

23 Białka globularne Białka transmembranowe Białka włókniste

24 Białka wielodomenowe Znaczna część białek u eukariontów to białka wielodomenowe, niekiedy zawierające regiony transmembranowe oraz domeny globularne

25 Białka transmembranowe Kanały jonowe Transportery Receptory (7TM, RTK, ) Proteazy

26 Białka transmembranowe

27 ludzki receptor dopaminy - hydrofobowość

28 przewidywanie topologii transmembranowej ludzki receptor dopaminy HMM,

29 Pamiętajmy o błędach!