2011-01-17 1

Bioinformatyka – wykład 10

21.XII.2010 białkowa bioinformatyka

strukturalna, c.d.

krzysztof_pawlowski@sggw.pl

2011-01-17 2

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

2011-01-17 3

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

2011-01-17 4

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 needed

to 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 )

2011-01-17 5

Nieporządek –

przewidywarka komercyjna

2011-01-17 6

Nieporządek –

przewidywarka http://dis.embl.de

2011-01-17 7

Nieporządek w kalmodulinie

2011-01-17 8

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

2011-01-17 9

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2011-01-17 10

Struktura białka – jak wygląda?

all-atom representation

ribbon representation

surface representation

Jak warto sobie wyobrażać strukturę białka?

2011-01-17 11

Kształt –

fold. Cα Struktura łańcucha głównego

2011-01-17 12

Kształt –

fold. Wiązania wodorowe łańcucha głównego

2011-01-17 13

Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów

2011-01-17 14

Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań

2011-01-17 15

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2011-01-17 16

Powierzchnia białka

•

Powierzchnia molekularna (Connolly‘ego)

•

Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa)

protein

solvent

2011-01-17 17

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2011-01-17 18

Przykładowe programy do obrazowania struktur białkowych

•

Rasmol

-

klasyka•

PDB website> Jmol, WebMol

•

Swiss-PDBviewer•

Komercyjne –

Sybyl

(Tripos), InsightII

(Accelrys), Schrödinger•

dziesiątki innych...

2011-01-17 19

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

2011-01-17 20

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur białkowych

•

powierzchnia białka •

programy do obrazowania struktur białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2011-01-17 21

Klasy struktur białkowych

few secondary structure elements

all-alphaalpha/beta

all-beta

2011-01-17 22

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

2011-01-17 23

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

2011-01-17 24

Kształt (fold) a topologia

myohemeyrthrin

ferritin

2011-01-17 25

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

2011-01-17 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

2011-01-17 27

Wesołych Świąt!

...następny wykład 11.I.2011