Bioinformatyka

Bioinformatyka
– wykład 10
21.XII.2010
białkowa
bioinformatyka strukturalna, c.d.
2011-01-17
[email protected]
1
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
2
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
3
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
4
Nieporządek – przewidywarka
komercyjna
2011-01-17
5
Nieporządek – przewidywarka
http://dis.embl.de
2011-01-17
6
Nieporządek w kalmodulinie
2011-01-17
7
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. fosforylacjawewnątrz komórki; glikozylacja – na
zewnątrz
• Interpretacja
2011-01-17
8
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur
białkowych
• powierzchnia białka
• programy do obrazowania struktur
białkowych.
• analiza i porównywanie struktur białek
2011-01-17
9
Jak warto
sobie
wyobrażać
Struktura
białka
– jak
wygląda?
strukturę białka?
a all-atom representation
a ribbon representation
a surface representation
2011-01-17
10
Kształt – fold. Cα
Struktura łańcucha głównego
2011-01-17
11
Kształt – fold.
Wiązania wodorowe łańcucha głównego
2011-01-17
12
Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne,
dokowanie ligandów
2011-01-17
13
Wybór przedstawienia białka
zależy od zadawanych pytań
2011-01-17
14
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur
białkowych
• powierzchnia białka
• programy do obrazowania struktur
białkowych
• analiza i porównywanie struktur białek
2011-01-17
15
Powierzchnia białka
• Powierzchnia molekularna (Connolly‘ego)
• Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika
(Richardsa)
solvent
protein
2011-01-17
16
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur
białkowych
• powierzchnia białka
• programy do obrazowania struktur
białkowych.
• analiza i porównywanie struktur białek
2011-01-17
17
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
18
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
19
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur
białkowych
• powierzchnia białka
• programy do obrazowania struktur
białkowych
• analiza i porównywanie struktur białek
2011-01-17
20
Klasy struktur białkowych
all-alpha
few
secondary
2011-01-17
structure elements
alpha/beta
all-beta
21
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
22
Porównywanie struktur
•
•
•
a)
b)
Porównanie dwóch modeli tej samej
struktury
Porównanie dwóch bliskich homologów
Porównanie białek o podobieństwie
odległym (w najlepszym razie)
dopasowanie sekwencji oczywiste
dopasowanie sekwencji niejednoznaczne
2011-01-17
23
Kształt (fold) a topologia
myohemeyrthrin
ferritin
2011-01-17
24
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
25
porównanie struktur - programy
VAST - Vector alignment Search Tool; dopasowanie wektorowe; wektory opisujące
struktury drugorzędowe
DALI - Distance Alignment Tool; dopasowanie macierzy odległości
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
26
Wesołych Świąt!
2011-01-17
...następny wykład 11.I.2011
27