bioinformatyka w8 2012 -...

2013-01-21 1

Bioinformatyka – wykład 8, 27.XI.2012

białkowabioinformatyka strukturalna – c.d.

[email protected]

You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

http://www.novapdf.com

2013-01-21 2

Plan wykładu

• regiony nieuporządkowane• sposoby przedstawienia struktur

białkowych• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur

białkowych• analiza i porównywanie struktur białek



2013-01-21 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



2013-01-21 4

Regiony nieuporządkowane –gdzie?

• pętle / zwoje• ”gorące pętle”

(wg czynników temperatury ze struktur krystalograficznych)

• obszary o brakujących współrzędnych (w strukturach krystalograficznych i NMR)

przewidywanie – np. sieci neuronowe



2013-01-21 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 neededto 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 6

Nieporządek – przewidywarkakomercyjna



2013-01-21 7

Nieporządek – przewidywarkahttp://dis.embl.de



2013-01-21 8

Nieporządek w kalmodulinie



2013-01-21 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. fosforylacja-wewnątrz komórki; glikozylacja – na zewnątrz

• Interpretacja



2013-01-21 10

Wiązania wodorowe...... a struktury drugorzędowe

Łańcuch białkowy

H-bond donor

H-bond acceptor



2013-01-21 11

Poziomy organizacji struktury białka



2013-01-21 12

Plan wykładu

• sposoby przedstawienia struktur białkowych

• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur

białkowych.• analiza i porównywanie struktur białek



2013-01-21 13

Struktura białka – jak wygląda?

all-atom representation

ribbon representation

surface representation

Jak warto sobie wyobrażaćstrukturę białka?



2013-01-21 14

Kształt – fold. CStruktura łańcucha głównego



2013-01-21 15

Kształt – fold.Wiązania wodorowe łańcucha głównego



2013-01-21 16

Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów



2013-01-21 17

Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań



2013-01-21 18

Plan wykładu






2013-01-21 19

Powierzchnia białka

• Powierzchnia molekularna (Connolly‘ego)

• Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa)

protein

solvent



2013-01-21 20

Plan wykładu



białkowych.• analiza i porównywanie struktur białek



2013-01-21 21

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 22

Istotne cechy programówdo 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 23

Plan wykładu






2013-01-21 24

Klasy struktur białkowych

few secondarystructure elements

all-alphaalpha/beta

all-beta



2013-01-21 25

Popularne systemy klasyfikacji struktur białkowych

• SCOP - visual inspection & automatedmethods, 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 26

Porównywanie struktur

• Porównanie dwóch modeli tej samej struktury

• Porównanie dwóch bliskich homologów• Porównanie białek o podobieństwie

odległym (w najlepszym razie)

a) dopasowanie sekwencji oczywisteb) dopasowanie sekwencji niejednoznaczne



2013-01-21 27

Kształt (fold) a topologia

myohemeyrthrin

ferritin



2013-01-21 28

Dopasowanie struktur białkowych

Dopasowanie (alignment) strukturalne- struktura 3D domeny jednego białka jest nakładana na strukturę domeny drugiego białka tak, aby średnia odległośćmiędzy odpowiednimi atomami struktur była możliwie jak najmniejsza;

• Podobieństwo strukturalne mogą wykazywać białka, które nie wykazują podobieństwa sekwencji.

• Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyćo związkach ewolucyjnych.

• Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyćo podobieństwie funkcji



2013-01-21 29

Dopasowanie strukturalne (alignment)

diJ

odległość:

(xi - xJ)2 + (yi - yJ)2 + (zi - zJ)2

b

c

d

ef

Root mean square deviation- zwykle C

a



2013-01-21 30

podobnie jak identyczność sekwencji, RMSD ma sens tylko dla określonego

dopasowania i regionu sekwencji



2013-01-21 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

10 40

0 10

3020 60

20 30 40 50 60 70

70

0

10

20

30

40

50

60

70

a b c

a

b

c

80

80



2013-01-21 32

porównanie struktur - programy

DALI - Distance Alignment Tool; dopasowanie macierzy odległości

VAST - Vector alignment Search Tool; dopasowanie wektorowe; wektory opisującestruktury drugorzędowe

FATCAT - Flexible Alignment allowing Twists

LGA – lokalna i globalna optymalizacja RMSD (longest continuous segments & global distance test)

Wybór metody porównania struktur zależy od problemu



bioinformatyka w8 2012 -...

Documents