2009-01-09

1

Bioinformatyka

– wykład 9, 9.XII.2008

białkowa

bioinformatyka strukturalna

–

c.d.

[e-mail]

2009-01-09

2

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur
białkowych

•

powierzchnia białka

•

programy do obrazowania struktur
białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09

3

Wiązania wodorowe...

... a struktury drugorzędowe

Łańcuch
białkowy

H-bond

donor

H-bond

acceptor

2009-01-09

4

Poziomy organizacji

struktury białka

2009-01-09

5

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

2009-01-09

6

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur
białkowych

•

powierzchnia białka

•

programy do obrazowania struktur
białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09

7

Struktura białka –

jak wygląda?

a

all-atom representation

a

ribbon representation

a

surface representation

Jak warto sobie wyobrażać

strukturę

białka?

2009-01-09

8

Kształt –

fold. C

α

Struktura łańcucha głównego

2009-01-09

9

Kształt –

fold.

Wiązania wodorowe łańcucha głównego

2009-01-09

10

Szczegóły atomowe, np. miejsca aktywne,
dokowanie ligandów

2009-01-09

11

Wybór przedstawienia białka

zależy od zadawanych pytań

2009-01-09

12

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur
białkowych

•

powierzchnia białka

•

programy do obrazowania struktur
białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09

13

Powierzchnia białka

•

Powierzchnia molekularna

(Connolly‘ego)

•

Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika

(Richardsa)

protein

solvent

2009-01-09

14

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur
białkowych

•

powierzchnia białka

•

programy do obrazowania struktur
białkowych.

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09

15

Przykładowe programy do

obrazowania struktur białkowych

•

Rasmol

-

klasyka

•

PDB website> Jmol, WebMol

•

Swiss-PDBviewer

•

Komercyjne –

Sybyl

(Tripos), InsightII

(Accelrys), Schrödinger

•

dziesiątki innych...

2009-01-09

16

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

2009-01-09

17

Plan wykładu

•

sposoby przedstawienia struktur
białkowych

•

powierzchnia białka

•

programy do obrazowania struktur
białkowych

•

analiza i porównywanie struktur białek

2009-01-09

18

Klasy struktur białkowych

few secondary

structure elements

all-alpha

alpha/beta

all-beta

2009-01-09

19

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

2009-01-09

20

Porównywanie struktur

•

Porównanie dwóch modeli tej samej
struktury

•

Porównanie dwóch bliskich homologów

•

Porównanie białek o podobieństwie
odległym (w najlepszym razie)

a)

dopasowanie sekwencji oczywiste

b)

dopasowanie sekwencji niejednoznaczne

2009-01-09

21

Kształt (fold) a topologia

myohemeyrthrin

ferritin

2009-01-09

22

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

2009-01-09

23

Dopasowanie strukturalne (alignment)

d

iJ

=

odległość:

(x

i

- x

J

)

2

+ (y

i

- y

J

)

2

+ (z

i

- z

J

)

2

b

c

d

e

f

α

β

γ

δ

ε

ζ

Root mean square deviation

-

zwykle C

α

2009-01-09

24

podobnie jak identyczność

sekwencji,

RMSD ma sens tylko dla określonego

dopasowania i regionu sekwencji

2009-01-09

25

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

30

20

60

20

30

40

50

60

70

70

0

10

20

30

40

50

60

70

a

b

c

a

b

c

80

80

2009-01-09

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