2009-01-09 1

Bioinformatyka – wykład 9, 9.XII.2008

białkowa bioinformatyka strukturalna

–

c.d.

krzysztof_pawlowski@sggw.pl

2009-01-09 2

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09 3

Wiązania wodorowe...... a struktury drugorzędowe

Łańcuch białkowy

H-bond

donor

H-bond

acceptor

2009-01-09 4

Poziomy organizacji struktury białka

2009-01-09 5

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

2009-01-09 6

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09 7

Struktura białka – jak wygląda?

all-atom representation

ribbon representation

surface representation

Jak warto sobie wyobrażać strukturę białka?

2009-01-09 8

Kształt –

fold. Cα Struktura łańcucha głównego

2009-01-09 9

Kształt –

fold. Wiązania wodorowe łańcucha głównego

2009-01-09 10

Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów

2009-01-09 11

Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań

2009-01-09 12

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09 13

Powierzchnia białka

•

Powierzchnia molekularna (Connolly‘ego)

•

Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa)

protein

solvent

2009-01-09 14

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09 15

Przykładowe programy do obrazowania struktur białkowych

•

Rasmol

-

klasyka•

PDB website> Jmol, WebMol

•

Swiss-PDBviewer•

Komercyjne –

Sybyl

(Tripos), InsightII

(Accelrys), Schrödinger•

dziesiątki innych...

2009-01-09 16

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

2009-01-09 17

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09 18

Klasy struktur białkowych

few secondary structure elements

all-alphaalpha/beta

all-beta

2009-01-09 19

Popularne systemy klasyfikacji struktur białkowych

•

SCOP -

visual

inspection

& automated methods, A. Murzin

http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/

•

CATH -

semi-automatic, http://www.cathdb.info

•

FSSP –

automated

(DALI) http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali

2009-01-09 20

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

2009-01-09 21

Kształt (fold) a topologia

myohemeyrthrin

ferritin

2009-01-09 22

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

2009-01-09 23

Dopasowanie strukturalne (alignment)

diJ =

odległość:

(xi

- xJ

)2

+ (yi

- yJ

)2

+ (zi

- zJ

)2

b

c

d

ef

αβ

γδ

ε

ζ

Root mean square deviation-

zwykle Cα

2009-01-09 24

podobnie jak identyczność

sekwencji, RMSD ma sens tylko dla określonego

dopasowania i regionu sekwencji

2009-01-09 25

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

2009-01-09 26

porównanie struktur -

programy

DALI

-

Distance Alignment Tool; dopasowanie macierzy

odległości

VAST

-

Vector alignment Search Tool; dopasowanie

wektorowe; wektory

opisujące struktury

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