Bioinformatyka wykład 9 14.XII.21 białkowa bioinformatyka strukturalna krzysztof_pawlowski@sggw.pl 211-1-17 1
Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste 211-1-17 2
Thornton Nat Struct Biol. 2; 7 Suppl:991-4. 211-1-17 3
Łańcuch białkowy: Regularny łańcuch główny (main chain), Kodowane przez geny łańcuchy boczne (side chains) ~ 2 1 sekwencji ~ 3 1 konformacji 211-1-17 4
Protein chain Covalent bond lengths:.9 1.8 Å Peptide bond Covalent bond angles: 19 o 12 o Amino-acid residue Atom radii: 1 2 Å 211-1-17 5
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 211-1-17 6
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 211-1-17 7
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 211-1-17 8
211-1-17 9
211-1-17 1
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 211-1-17 11
Łańcuch białkowy 211-1-17 12
Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste regiony nieuporządkowane 211-1-17 13
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 211-1-17 14
Side chains 211-1-17 15
Przewidywanie glikozylacji sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk 211-1-17 16
Przewidywanie fosforylacji sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk 211-1-17 17
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 211-1-17 18 warstwa wejściowa - 1 jedn. wej. dla każdego aa w oknie; informacje o innych aa, właściwości, profil 1 α
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 211-1-17 19
Modyfikacje lokalne a długozasięgowe Przewidywanie oddziaływań długozasięgowych znacznie trudniejsze Parowanie struktur beta Parowanie cystein w mostkach dwusiarczkowych 211-1-17 2
Modyfikacje sekwencyjnie specyficzne a niespecyficzne Rzadsze modyfikacje, np. glutationylacja bądź nitrozylacja cystein, mogą być trudniejsze do przewidzenia na podstawie lokalnej sekwencji 211-1-17 21
Plan wykładu struktury białek dlaczego? struktury białek geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste regiony nieuporządkowane 211-1-17 22
Białka globularne Białka transmembranowe Białka włókniste 211-1-17 23
Białka wielodomenowe Znaczna część białek u eukariontów to białka wielodomenowe, niekiedy zawierające regiony transmembranowe oraz domeny globularne 211-1-17 24
Białka transmembranowe Kanały jonowe Transportery Receptory (7TM, RTK, ) Proteazy 211-1-17 25
Białka transmembranowe 211-1-17 26
ludzki receptor dopaminy - hydrofobowość 211-1-17 27
przewidywanie topologii transmembranowej ludzki receptor dopaminy HMM, www.cbs.dtu.dk 211-1-17 28
Pamiętajmy o błędach! 211-1-17 29