Bioinformatyka II – Modelowanie struktury białek 1. Który spośród

Bioinformatyka II – Modelowanie struktury białek
1. Który spośród wymienionych szablonów wybierzesz do modelowania? Dlaczego?
 Struktura krystaliczną czy NMR (to samo białko, ta sama rozdzielczość)?
 Strukturę o rozdzielczości 3.2 Å czy 1.8Å?
 Forma z ligandem czy bez?
 Białko w kompleksie z DNA czy bez DNA?
2. Jakie błędy popełniono w modelach przedstawionych na rysunkach?
3. Otwórz plik „metaserwer” i odpowiedz na pytania:
 Z jakich domen zbudowane jest białko? Podaj ich granice
 Jaka jest struktura drugorzędowa tego białka?
 Czy posiada ono regiony nieuporządkowane? Jeśli tak, to podaj ich zasięg

4.
5.
6.
7.
Czy metody do identyfikacji zwoju są zgodne w identyfikacji najlepszego szablonu do
modelowania tego białka?
 Który szablon wybierze do modelowania tego białka? Dlaczego?
Odpowiedz na pytania dotyczące wybranego przez Ciebie szablonu:
 Jaki jest procent identyczności między jego sekwencją a sekwencją celu? Jakie będzie
to modelowanie: homologiczne, porównawcze, de Novo?
 Jaka jest rozdzielczość tej struktury?
 Jaką techniką rozwiązano tą strukturę?
 Jaki jest zwój tego białka wg bazy scop?
 Jaki to typ enzymu wg klasyfikacji EC?
Jak bez użycia metod do oceny jakości modeli sprawdzić czy model jest prawidłowy?
Prawda czy fałsz?
 Podczas przygotowywania przyrównania sekwencji celu i szablonu nie należy
wstawiać przerw do struktur drugorzędowych
 Jeśli białko jest zbudowane z kilku domen, to do modelowania najlepiej użyć szablon
również zbudowany z kilku domen, a jeśli taki nie istnieje, to modelowanie należy
przeprowadzać dla każdej domeny oddzielnie
 Pętle w modelu powinny układać się do środka białka
 Jakość modelu homologicznego silnie zależy od podobieństwa sekwencji celu i
szablonu
 Jeśli potencjalny szablon do modelowania wykazuje bardzo niskie podobieństwo
sekwencyjne do celu, to nie nadaje się do budowy modelu
 Aminokwasy hydrofilowe powinny znajdować się w środku białka, zagrzebane w
strukturze
 Wybór szablonu jest kluczowym etapem podczas modelowania białek tj. w oparciu o
błędny szablon nigdy nie powstanie dobry model
 Meta serwer to narzędzie, które wysyła zapytanie do różnych metod i gromadzi ich
wyniki w postaci rankingu
 Najbardziej konserwowane w toku ewolucji struktur są elementy drugorzędowe i
miejsca katalityczne
 Modele wysokiej jakości (porównywalne ze strukturami NMR) można zbudować gdy
podobieństwo sekwencji celu i szablonu jest bardzo wysokie (>50%)
 Model homologiczny nigdy nie będzie bliższy strukturze natywnej niż szablon użyty
do modelowania
 Można zbudować całkowicie błędny model wykazujący idealną stereochemię
(długości wiązań, wartości kątów)
 Znanych jest wiele przykładów białek homologicznych, które zachowały uderzające
podobieństwo strukturalne mimo całkowitej utraty podobieństwa sekwencji
(porównaj struktury i sekwencje RNazy4 i RNazyA)
Przyporządkuj narzędzie, do wykonywanej czynności:
Modelowanie
de Novo
Rosetta
Program ustala odległości i kąty pomiędzy atomami szablonu i
następnie przenosi je jako więzy przestrzenne na odpowiadające im
atomy homologicznych aminokwasów celu. Model budowany jest
tak, aby zminimalizować naruszenie wszystkich więzów. W
końcowym etapie budowy modelu przeprowadzana jest
minimalizacja energii w polu siłowym CHARMM22 aby zapewnić
poprawną stereochemię i korzystne oddziaływania pomiędzy
grupami funkcyjnymi. Program dobrze sprawdza się w
modelowaniu odległych homologów oraz gdy konieczne jest
równoczesne zastosowanie wielu szablonów strukturalnych.
W oparciu o przyrównanie sekwencyjne program ustala regiony
konserwowane, w których konformacja łańcucha głównego nie
zmieni się lub zmieni niewiele i po prostu kopiuje ich koordynaty.
Taki niepełny model używany jest jako „rusztowanie” do
wymodelowania insercji i delecji poprzez wstawienie z bazy danych
takich fragmentów struktury, których końce mają podobną
odległość, co końce rusztowania i których sekwencja najbardziej
przypomina sekwencję modelowanego odcinka. Program nadaje
się do modelowania białek o wysokim podobieństwie sekwencji,
zwłaszcza w oparciu o jeden szablon i gdy liczba insercji i delecji w
sekwencji celu jest niewielka
Metody identyfikujące odsetek reszt aminokwasowych znajdujących
się na powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika. Dany aminokwas
może przyjmować jeden z dwóch stanów: B- zagrzebany oraz „-” –
na powierzchni
Narzędzie do wizualizacji struktur, umożliwia także wygenerowanie
projektu służącego jako dane wejściowe dla programu do
modelowania (zawiera strukturę szablonu oraz przyrównanie
sekwencji celu i szablonu)
Przeglądarka
do struktur
psipred,
sam,
sable,
jnet
Metody
threadingowe
tmpred
Program do
modelowania
homologiczne
go
3dpssm,
fugue,
genthre
ader
Program do
modelowania
homologiczne
go w oparciu
o więzy
przestrzenne
Identyfikacja
helis
transbłonowyc
h
Modeller
Program do modelowania białek bez korzystania z szablonu,
budujący modele z krótkich fragmentów znanych struktur
tworzących bibliotekę możliwych konformacji
ffas,
sam,
pdbblast
Metody do weryfikacji modeli teoretycznych. Oceniają takie cechy
jak geometria, stereochemia czy kompatybilność charakteru
fizykochemicznego danego aminokwasu z kontekstem
strukturalnym, w jakim został on umieszczony.
Identyfikacja
domen
InterPro,
CDD
Przewidywani
e struktury
drugorzędowe
j
Metamq
ap,
Verify3D
, Proq
Metody do
badania
solwatacji
Deep
View
Metody
rankingowe
Przewidywani
e
nieuporządko
wania
pcons
Ocena
modelu
disembl,
disopred
Metody zbierające wyniki z innych metod; oceniające
wygenerowane przez nie wyniki i tworzące własny ranking z
dostępnych danych!
Metody rozpoznawania zwoju opierające się jedynie na
podobieństwie sekwencyjnym celu i szablonu, nie uwzględniając
informacji o strukturze szablonu. Często jako dodatkowe elementy
oceny wykorzystuje się meta-profile zawierające przewidywaną
strukturę 2D, przewidywaną solwatację itp.
Metody rozpoznawania zwoju, które w swojej funkcji oceniającej
prawdopodobieństwo, że dana struktura jest szablonem zawierają
oszacowanie kompatybilności sekwencji celu z doświadczalnie
określoną strukturą. Do oceny kompatybilności korzystają z
potencjałów fizyko-chemicznych aby obliczyć energię
oddziaływania aminokwasów celu gdy badana sekwencja jest
optymalnie dopasowana do rusztowania jakie stanowi potencjalny
szablon.
Programy przeszukujące bazy danych w celu identyfikacji domen w
sekwencji.
Identyfikacja regionów, które nie tworzą zdefiniowanej struktury i
występują jako populacja różniących się od siebie konformacji.
Przewidywanie lokalizacji tych regionów może dać cenne
wskazówki do przewidywania struktury 3D białka oraz identyfikacji
miejsc oddziaływania z innymi cząsteczkami.
Identyfikacja białek o charakterystycznej budowie tj. segmenty
hydrofobowe są przeplatane naprzemiennie zewnętrznymi
Sable,
jnet,
profseq
Metody do
rozpoznawani
a zwoju
(sekwencyjne)
, coils,
pondr
Swissmodel
elementami hydrofilowymi
Metody do identyfikacji alfa helis, beta wstęg i pętli w zadanej
sekwencji
8. Otwórz plik p1.pdb i odpowiedz na pytania:
 Czy sekwencja celu i szablonu zostały do siebie przyrównane zgodnie z
przewidywaniem meta serwera?
 Czy w przyrównaniu popełniono jakieś błędy? Jeśli tak, to jak je poprawić?
9. Jakie sytuacje przedstawiono na rysunkach?
10. Porównaj modele wygenerowane w oparciu o to samo przyrównanie (p1.pdb) przez Modeler
i Swiss-Model (W deep view załaduj obie struktury i skorzystaj z opcji Fit Magic Fit;
następnie Ctrl+G, Color by B factor):
 Czym się różnią?
 Który z nich jest bardziej poprawny?
 Czy metoda użyta do oceny modeli zidentyfikowała błędy popełnione w
przyrównaniu?
 Porównaj model ze strukturą 1WKC. Czy model jest podobny do rzeczywistej
struktury białka? Jakie widać różnice?
11. Uzupełnij schemat:
Sekwencja celu
Rozpoznawanie zwoju – metody rozpoznawania zwoju (FR)
Modelowanie de novo – (np. Rosetta)
Wybór szablonu
Ocena jakości modelu – (np. Verify3D, MetaMQAP)
Model 
Przyrównanie cel-szablon – (np. Deep View)
Budowa modelu – (np.
np. Modeller, Swiss-Model)
Swiss
12. Modelowanie białek na przykładzie gry foldit! Powodzenia!! I odpowiedz na pytania:
 Jakie są etapy modelowania?

Dlaczego ważna jest analiza łańcuchów bocznych?

W czym może pomóc uwidocznienie wiązań wodorowych podczas budowy modelu?

A mostków siarczkowych?

Na jakie rzeczy/cechy zwracają uwagę autorzy gry podczas kolejnych etapów
modelowania?