2013-01-21 1
Bioinformatyka – wykład 8, 27.XI.2012
białkowabioinformatyka strukturalna – c.d.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 2
Plan wykładu
• regiony nieuporządkowane• sposoby przedstawienia struktur
białkowych• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur
białkowych• analiza i porównywanie struktur białek
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 3
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 4
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 5
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 neededto 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 )
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 6
Nieporządek – przewidywarkakomercyjna
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 7
Nieporządek – przewidywarkahttp://dis.embl.de
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 8
Nieporządek w kalmodulinie
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 9
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 10
Wiązania wodorowe...... a struktury drugorzędowe
Łańcuch białkowy
H-bond donor
H-bond acceptor
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 11
Poziomy organizacji struktury białka
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 12
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur białkowych
• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur
białkowych.• analiza i porównywanie struktur białek
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 13
Struktura białka – jak wygląda?
all-atom representation
ribbon representation
surface representation
Jak warto sobie wyobrażaćstrukturę białka?
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 14
Kształt – fold. CStruktura łańcucha głównego
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 15
Kształt – fold.Wiązania wodorowe łańcucha głównego
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 16
Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne, dokowanie ligandów
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 17
Wybór przedstawienia białka zależy od zadawanych pytań
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 18
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur białkowych
• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur
białkowych• analiza i porównywanie struktur białek
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 19
Powierzchnia białka
• Powierzchnia molekularna (Connolly‘ego)
• Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika (Richardsa)
protein
solvent
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 20
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur białkowych
• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur
białkowych.• analiza i porównywanie struktur białek
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 21
Przykładowe programy do obrazowania struktur białkowych
• Rasmol - klasyka• PDB website> Jmol, WebMol• Swiss-PDBviewer• Komercyjne – Sybyl (Tripos), InsightII
(Accelrys), Schrödinger• dziesiątki innych...
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 22
Istotne cechy programówdo 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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 23
Plan wykładu
• sposoby przedstawienia struktur białkowych
• powierzchnia białka • programy do obrazowania struktur
białkowych• analiza i porównywanie struktur białek
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 24
Klasy struktur białkowych
few secondarystructure elements
all-alphaalpha/beta
all-beta
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 25
Popularne systemy klasyfikacji struktur białkowych
• SCOP - visual inspection & automatedmethods, A. Murzin http://http://scop.berkeley.edu/
• CATH - semi-automatic, http://www.cathdb.info
• FSSP – automated (DALI) http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 26
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 27
Kształt (fold) a topologia
myohemeyrthrin
ferritin
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 28
Dopasowanie struktur białkowych
Dopasowanie (alignment) strukturalne- struktura 3D domeny jednego białka jest nakładana na strukturę domeny drugiego białka tak, aby średnia odległośćmiędzy odpowiednimi atomami struktur była możliwie jak najmniejsza;
• Podobieństwo strukturalne mogą wykazywać białka, które nie wykazują podobieństwa sekwencji.
• Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyćo związkach ewolucyjnych.
• Podobieństwo strukturalne może, ale nie musi świadczyćo podobieństwie funkcji
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 29
Dopasowanie strukturalne (alignment)
diJ
odległość:
(xi - xJ)2 + (yi - yJ)2 + (zi - zJ)2
b
c
d
ef
Root mean square deviation- zwykle C
a
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 30
podobnie jak identyczność sekwencji, RMSD ma sens tylko dla określonego
dopasowania i regionu sekwencji
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 31
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
2013-01-21 32
porównanie struktur - programy
DALI - Distance Alignment Tool; dopasowanie macierzy odległości
VAST - Vector alignment Search Tool; dopasowanie wektorowe; wektory opisującestruktury 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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)