Bioinformatyka wykład 8, 27.XI.2012 białkowa bioinformatyka strukturalna c.d. krzysztof_pawlowski@sggw.pl 2013-01-21 1
Plan wykładu regiony nieuporządkowane sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek 2013-01-21 2
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 2013-01-21 3
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 2013-01-21 4
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 ) 2013-01-21 5
Nieporządek przewidywarka komercyjna 2013-01-21 6
Nieporządek przewidywarka http://dis.embl.de 2013-01-21 7
Nieporządek w kalmodulinie 2013-01-21 8
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 2013-01-21 9
Wiązania wodorowe...... a struktury drugorzędowe H-bond acceptor Łańcuch białkowy H-bond donor 2013-01-21 10
Poziomy organizacji struktury białka 2013-01-21 11
Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych. analiza i porównywanie struktur białek 2013-01-21 12
Struktura Jak warto białka sobie jak wyobrażać wygląda? strukturę białka? all-atom representation ribbon representation surface representation 2013-01-21 13
Kształt fold. C Struktura łańcucha głównego 2013-01-21 14
Kształt fold. Wiązania wodorowe łańcucha głównego 2013-01-21 15
Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów 2013-01-21 16
Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań 2013-01-21 17
Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek 2013-01-21 18
Powierzchnia białka Powierzchnia molekularna (Connolly ego) Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa) solvent protein 2013-01-21 19
Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych. analiza i porównywanie struktur białek 2013-01-21 20
Przykładowe programy do obrazowania struktur białkowych Rasmol - klasyka PDB website> Jmol, WebMol Swiss-PDBviewer Komercyjne Sybyl (Tripos), InsightII (Accelrys), Schrödinger dziesiątki innych... 2013-01-21 21
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 2013-01-21 22
Plan wykładu sposoby przedstawienia struktur białkowych powierzchnia białka programy do obrazowania struktur białkowych analiza i porównywanie struktur białek 2013-01-21 23
Klasy struktur białkowych all-alpha alpha/beta few secondary structure elements all-beta 2013-01-21 24
Popularne systemy klasyfikacji struktur białkowych SCOP - visual inspection & automated methods, A. Murzin http://http://scop.berkeley.edu/ CATH - semi-automatic, http://www.cathdb.info FSSP automated (DALI) http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali 2013-01-21 25
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 2013-01-21 26
Kształt (fold) a topologia myohemeyrthrin ferritin 2013-01-21 27
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 2013-01-21 28
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 2013-01-21 29
podobnie jak identyczność sekwencji, RMSD ma sens tylko dla określonego dopasowania i regionu sekwencji 2013-01-21 30
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 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 10 a 20 30 60 a b c 20 30 40 b 50 10 40 70 60 c 70 2013-01-21 31 80
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 2013-01-21 32