Bioinformatyka
Transkrypt
Bioinformatyka
Bioinformatyka – wykład 9 14.XII.2010 białkowa bioinformatyka strukturalna 2011-01-17 [email protected] 1 Plan wykładu • • • • struktury białek – dlaczego? struktury białek – geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste 2011-01-17 2 Thornton Nat Struct Biol. 2000; 7 Suppl:991-4. 2011-01-17 3 Łańcuch białkowy: Regularny łańcuch główny (main chain), Kodowane przez geny łańcuchy boczne (side chains) 2011-01-17 ~ 20100 sekwencji ~ 3 100 konformacji 4 Protein chain Covalent bond lengths: 0.9 – 1.8 Å Covalent bond angles: 109o – 120o Atom radii: 2011-01-17 1–2Å Peptide bond Amino-acid residue 5 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 6 Wiązania wodorowe cząsteczka wody Oddziaływanie dipol-dipol Energia wiązania wodorowego w białku – rzędu 2 kcal/mol (w wodzie 5 kcal/mol ) wiązania białko-białko oraz białko-woda 2011-01-17 7 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 8 2011-01-17 9 2011-01-17 10 Struktury drugorzędowe Struktury drugorzędowe: α helisa (α helix) - stabilizowana wiązaniami wodorowymi w helisie β struktura (β sheet) - stabilizowana wiązaniami wodorowymi z inną β strukturą; układy równoległe i antyrównoległe zwrot β (β turn, reverse turn, harpin bend) pętla (loop) - łączy inne struktury zwój (coil, random coil) - pozostałe struktury 2011-01-17 11 Łańcuch białkowy 2011-01-17 12 Plan wykładu • • • • struktury białek – dlaczego? struktury białek – geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste • regiony nieuporządkowane 2011-01-17 13 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 14 Side chains 2011-01-17 15 Przewidywanie glikozylacji – sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk 2011-01-17 16 Przewidywanie fosforylacji – sieci neuronowe, www.cbs.dtu.dk 2011-01-17 17 sekwencja wejściowa w oknie 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 L S W T K C Y A V S G A P 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 warstwa ukryta przewidywana struktura α 1 β 0 coil 0 α warstwa wyjściowa 2011-01-17 18 warstwa wejściowa - 1 jedn. wej. dla każdego aa w oknie; informacje o innych aa, właściwości, profil • Istota działania sztucznego neuronu: Sumowanie sygnałów wejściowych z odpowiednią wagą i poddanie sumy funkcji aktywacji N yi = f (∑ Wij x j ) j =1 2011-01-17 Xj – sygnał wejściowy Wij – współczynniki wagowe – wagi synaptyczne przy ujemnych wagach neuron przekazuje sygnał gaszący, przy dodatnich pobudzający 19 Modyfikacje lokalne a długozasięgowe • Przewidywanie oddziaływań długozasięgowych znacznie trudniejsze • Parowanie struktur beta • Parowanie cystein w mostkach dwusiarczkowych 2011-01-17 20 Modyfikacje sekwencyjnie specyficzne a niespecyficzne • Rzadsze modyfikacje, np. glutationylacja bądź nitrozylacja cystein, mogą być trudniejsze do przewidzenia na podstawie lokalnej sekwencji 2011-01-17 21 Plan wykładu • • • • struktury białek – dlaczego? struktury białek – geometria i fizyka modyfikacje kowalencyjne białka globularne a białka transmembranowe i włókniste • regiony nieuporządkowane 2011-01-17 22 Białka globularne Białka transmembranowe Białka włókniste 2011-01-17 23 Białka wielodomenowe • Znaczna część białek u eukariontów to białka wielodomenowe, niekiedy zawierające regiony transmembranowe oraz domeny globularne 2011-01-17 24 Białka transmembranowe • • • • Kanały jonowe Transportery Receptory (7TM, RTK, …) Proteazy 2011-01-17 25 Białka transmembranowe 2011-01-17 26 ludzki receptor dopaminy - hydrofobowość 2011-01-17 27 przewidywanie topologii transmembranowej ludzki receptor dopaminy – HMM, www.cbs.dtu.dk 2011-01-17 28 Pamiętajmy o błędach! 2011-01-17 29