2011-01-17 1

Bioinformatyka – wykład 9

14.XII.2010 białkowa bioinformatyka

strukturalna

krzysztof_pawlowski@sggw.pl

2011-01-17 2

Plan wykładu

•

struktury

białek

–

dlaczego?•

struktury

białek

–

geometria i fizyka

•

modyfikacje kowalencyjne•

białka globularne a białka transmembranowe i włókniste

2011-01-17 3

Thornton

Nat Struct

Biol. 2000; 7 Suppl:991-4.

2011-01-17 4

Łańcuch

białkowy:

Regularny

łańcuch główny (main

chain),

Kodowane przez geny łańcuchy boczne (side chains)

~ 20100 sekwencji~ 3 100 konformacji

2011-01-17 5

Protein chain

Covalent bond lengths:

0.9 –

1.8 Å

Covalent bond angles:

109o

– 120o

Atom radii:1 –

2 Å

Amino-acid residue

Peptide bond

2011-01-17 6

Wiązania wodorowe

•

„likelihood

of

finding

an

unsatisfied hydrogen

bond

in

a protein is

insignificant„

Protein Sci. 2005;14:1911

•

Problem definicji –

wykrywania wiązania wodorowego

w znanych strukturach

2011-01-17 7

cząsteczka wody

Wiązania wodorowe

Oddziaływanie dipol-dipolEnergia wiązania wodorowego w białku – rzędu 2

kcal/mol

(w wodzie 5 kcal/mol

)

wiązania białko-białko oraz białko-woda

2011-01-17 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

2011-01-17 9

2011-01-17 10

2011-01-17 11

Struktury

drugorzędowe:

α

helisa

(α

helix) -

stabilizowana

wiązaniami

wodorowymi

w helisie

Struktury

drugorzędowe

β

struktura

(β

sheet) -

stabilizowana

wiązaniami

wodorowymi

z inną

β

strukturą; układy

równoległe

i antyrównoległe

zwój

(coil, random coil) -

pozostałe struktury

zwrot

β

(β

turn, reverse turn, harpin

bend)

pętla

(loop) -

łączy

inne

struktury

2011-01-17 12

Łańcuch białkowy

2011-01-17 13

Plan wykładu

•

struktury

białek

–

dlaczego?•

struktury

białek

–

geometria i fizyka

•

modyfikacje kowalencyjne•

białka globularne a białka transmembranowe i włókniste

•

regiony nieuporządkowane

2011-01-17 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 20 N

2011-01-17 15

Side Side chainschains

2011-01-17 16

Przewidywanie glikozylacji

–

sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk

2011-01-17 17

Przewidywanie fosforylacji

–

sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk

2011-01-17 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

LSWTKCYAVSGAP

000001000000000000000

α

β

coil

1

0

0

warstwa

ukryta

warstwa

wyjściowa

przewidywana

struktura

α

warstwa

wejściowa

-

1 jedn. wej. dla

każdego

aa

w oknie; informacje

o innych

aa, właściwości, profil

sekw

encj

aw

ejśc

iow

aw

okn

ie

2011-01-17 19

•

Istota działania sztucznego neuronu:

Sumowanie sygnałów wejściowych z odpowiednią

wagą

i poddanie sumy funkcji aktywacji

)(1

j

N

jiji xWfy ∑

=

=

Xj

–

sygnał

wejściowy

Wij –

współczynniki wagowe –

wagi synaptyczne przy

ujemnych wagach neuron przekazuje sygnał

gaszący,

przy dodatnich - pobudzający

2011-01-17 20

Modyfikacje lokalne a długozasięgowe

•

Przewidywanie oddziaływań długozasięgowych

znacznie trudniejsze

•

Parowanie struktur beta•

Parowanie cystein w mostkach dwusiarczkowych

2011-01-17 21

Modyfikacje sekwencyjnie specyficzne a niespecyficzne

•

Rzadsze modyfikacje, np. glutationylacja

bądź

nitrozylacja

cystein,

mogą

być

trudniejsze do przewidzenia na podstawie lokalnej sekwencji

2011-01-17 22

Plan wykładu

•

struktury

białek

–

dlaczego?•

struktury

białek

–

geometria i fizyka

•

modyfikacje kowalencyjne•

białka globularne a białka transmembranowe i włókniste

•

regiony nieuporządkowane

2011-01-17 23

Białka globularne

Białka włókniste

Białka transmembranowe

2011-01-17 24

Białka wielodomenowe

•

Znaczna część

białek u eukariontów to białka wielodomenowe, niekiedy zawierające regiony transmembranowe

oraz domeny globularne

2011-01-17 25

Białka transmembranowe

•

Kanały jonowe•

Transportery

•

Receptory (7TM, RTK, …)•

Proteazy

2011-01-17 26

Białka transmembranowe

2011-01-17 27

ludzki receptor dopaminy

-

hydrofobowość

2011-01-17 28

przewidywanie topologii transmembranowej

ludzki receptor dopaminy

–

HMM, www.cbs.dtu.dk

2011-01-17 29

Pamiętajmy o błędach!