Bioinformatyka -...
29
2011-01-17 1 Bioinformatyka – wykład 9 14.XII.2010 białkowa bioinformatyka strukturalna [email protected]
Transcript of Bioinformatyka -...
2011-01-17 1
Bioinformatyka – wykład 9
14.XII.2010 białkowa bioinformatyka
strukturalna
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!
