Media:Zwijanie_bialek

18.05
-
Zwijanie białek – protein forming
przewidywanie struktur przestrzennych na podstawie sekwencji aminokwasów
wyznaczanie dróg zwijania
Parametry:
- wyznaczanie czasów zwijania
- formy zwijania
- drogi zwijania
-
w poszukiwaniu dróg o znanej sekwencji w białkach o znanej sekwencji
b. dużo struktur przestrzennych białek (globularnych) ciągłe prace
30 tys. Struktur białkowych w bazach danych info o strukturach zapisana w PDB – bank
niewiele struktur błonowych poznano, wiele globularnych, trochę włóknistych – poznane
PDB – informacje o białku i funkcjach
- tabelka z atomami struktury białkowej i współrzędne położeń atomów w przestrzeni.
- problem w jaki sposób sekwencja aminokwasów przekłada się na strukturę przestrzenną nie do końca
rozwiązany
- kiedyś dogmatem było , że białko funkcjonuje w roztworze, który ma globalne energetyczne minimum
- poszukiwania koncentruja się na minimum energii
1 . poszukiwanie algorytmów od sekwencji do struktury przestrzennej
- modyfikacje posttranslacyjne i posttranskrypcyjne
- jeśli zdenaturuje się białko (pH, temp.) to białko powraca do formy zwiniętej
- wiele białek ulega modyfikacjom posttranslacyjnym i nie wszystkie białka ulegną zwinięciu
Osiągnięcia:
a) przewidywanie struktur drugorzędowych
- są algorytmy do tego obserwacja, przegląd baz danych każdy aminokwas ma preferencję występowania
w dowolnej strukturze drugorzędowej (B- kartka, Alfa- helisa. Ciasne skręty)
- można stworzyć algorytm nakładający strukturę drugorzędową  program szuka jądra zaczątku danej
struktury i patrzy czy dołączone aminokwasy spełniają preferencję w danej strukturze drugorzędowej; jeśli
nie to terminacja
- 80% dokładność struktura 3-cio rzędowa może narzucać preferencje (20%) algorytmy nie biorą
globalnego wpływu na strukturę drugorzędową
b) Modelowanie struktury na podstawie homologii sekwencji
- wiele białek ma podobną sekwencję aminokwasową w dużym stopniu
- podobne typy aminokwasów (Glutaminian i Asparaginian)
- identyczność sekwencji
- 30% homologii sekwencji zapewnia ponad 70% identyczności strukturalnej
- szukamy białek o wysokiej homologii sekwencji wyznaczamy na podstawie struktury; strukturę białka
mieszanego
- jeżeli homologia < 30% to trzeba bardziej zaawansowanych metod
Postępowanie:
- w bazach danych znaleźć najbliższe homologicznie białka
- zestawienie struktur obszary odpowiadające sobie sekwencyjnie
- algorytmy punktowe – punkty ‘+’ gdy mamy podobny aminokwas a punkty ‘-‘ za różnice; punkty karne za
luki
- można znaleźć obszary sekwencyjnie zakonserwowane SRC – to te obszary
- do tego program: FASTA, BLAST  poszukują max. Nakrywania podobnych sekwencji
- inny program przenosi strukturę na białko o nieznanej strukturze: program MODELER
- wysymulowanie pętli mniej jednoznacznie ustrukturyzowane
Weryfikacja:
- minimalizowanie energii
c)
Statystyczne przeszukiwanie przestrzei konformacyjnej
-
modele , w których łańcuch białkowy ; sfery niektórych atomów : C, N, C
łańcuch boczny reprezentuje się przez sfery o określonym promieniu i buduje się siatki (uproszczony model
atomowy) bada się przemieszczenie sfer do innych oczek siatki mniejsza ilość konformacji
Kryteria przeszukiwania
- procedura Monte- Carlo  przypadkowe poszukiwanie przestrzeni dyskretnej by znaleźć globalne
minimum energii
wielkość białka ma znaczenie
- CASP – konkurs; grupy doświadczalne deponują uzyskane struktury u organizatorów konkursu:
modelowanie przez a,b,c, przewidywanie nowych struktur
- Kryterium RMSD – średniego położenia atomów struktury wymodelowanej do rzeczywistej szukamy
średniego odchylenia
- Programy komputerowe do tych przewidywań
Metoda dynamiki molekularnej – MD
- bada się ruch atomów, rozwiązuje równania i suzka się drogi konformacyjnej
-
można symulować procesy dynamiczne białka w czasie 10 ^-7 - 10^-6 sek. można wysymulować
zwijanie białek trwa 10^-5 – 10^-2 sek.
Można przewidywać w jaki sposób proces od formy zwiniętej do rozwiniętej
PARADOKS LEVINTHAG
- białko o 100 aminokwasach 2 kąty fi i psi 2^ 100 możliwych konformacji tego białka = 10^30
- jeśli przeszukać konformacje; przejście z 1 konformacji do drugiej zajmie 10^-11 a zwijanie zajmie nam
lata. Paradoks!!!białko zwijajac się nie może przypadkowo trafić w strukturę globalnego minimum
przeszukując przypadkowo
Model lejków zwijanych
- wyjaśnia ten paradoks energia swobodna oprócz czynnika czysto energetycznego ma też mamy efekt
entropowy białko preferuje strukturę kłębka statystycznego (entropową) oddziaływania np. mostki
solne przewyższają efekt entropowy i cząsteczka preferuje jedną konformację cząsteczka nie błądzi
przypadkowo
Ruchy cieplne i ruchy Browna cząsteczka zsuwa się po powierzchni lejka.Kooperatywność procesu usuwa
paradoks Leninthala
- lejek wywołany kooperatywnością. Czasy rzeczywiste 10^-5 – 10 ^-2
- czasem cząsteczki trafiają w minimum lokalne i lejek może być pofałdowany
Poszukiwanie form przejściowych
- forma stopionej globuły pośrednia między zwiniętą a rozwiniętą strukturą.
- Wykorszystywanie mostków dwusiarczkowych
- Prowadząc in vitro zwijanie cysteiny zakwaszać , zatrzymywać i obserwować struktury przejściowe
- Jeśli mostki siarczkowe w niewłaściwej kolejności to białko się nie zwinie
-
w organizmie białka zwija się w bardziej skomplikowany sposób
tylko białka mające tendencję do zwijania mogą się zwijać
białka schodzą z maszynerii translacyjnej ; mają peptydy sygnałowe białka trafią na właściwe miejsce
topogeneza proces i translacja zamrożona, białko wiąże się z błoną do momentu odcięcia peptydu
sygnałowego i białko wchodzi przez błonę. Peptydy sygnałowe
Modyfikacje postranslacyjne
- wycięcie fragmentu białka – często informacja o zwinięciu jest tracona
- niektóre białka mają fragmenty (foldazy) sprzyjające zwijaniu własny fragment katalizuje zwijanie
- enzymatyczne przyspieszanie przejścia z jednej formy do drugiej
- izomeraza – powoduje przejścia wiązań z formy trans do formy cis
- tworzenie mostków dwusiarczkowych izomeraza kojarzy właściwe cysteiny i tworzy mostki
- część białek wykorzystuje białka opiekuńcze (chaperoniny)w zwijaniu
- heat shock proteins – białka szoku cieplnego
System GroELGro ES – system białek opiekuńczych; symetria 7 – krotna; walec pusty w środku; czapeczka Gro
ES. Wymaga ATP ; wchodzi białko efektywne zwijanie
2 teorie:
1 – mechanizm ma charakter pasywny
- walec to otoczka gdzie białka mogą się zwinąć w odgrodzeniu od reszty komórki
2- działanie aktywne
- tu wchodzą cząsteczki białka , które są nieprawidłowo zwinięte; wchodzą i mogą się poprawnie zwinąć
Proteasom- białka tu kończą swój żywot; bialka cięte na peptydy
-
białka mogą się zwijać do form niewłaściwych mogą tworzyć tzw. Złogi (agregaty) amyloidalne
choroba Alzheimera
priony – niewłaściwie zwinięte mogą indukować złe zwijanie innych białek
Oddziaływanie międzycząsteczkowe
-
kwasy nukleinowe oddziaływują z innymi cząsteczkami
cząsteczki mogą lepiej lub gorzej się rozpoznawać
specyficzne – b. dobre dopasowanie powierzchni molekularnych; dopasowanie rozkładu ładunku
mostki Van der Valsa, itp.
Wysoka wartość stałej asocjacji dużo kompleksów, dobre dopasowanie
Miara powinowactwa cząsteczek do siebie
Kas = [ A B ...E] / [A] [B] ...[E] stała asocjacji
Kd = 1/Kas – stała dysocjacji
Kas 10 ^6 – 10 ^13  specyficzne dopasowanie
Stuktury cząsteczkowe – modele
- Inducet Fit – wzajemne dopasowanie – enzym (białko) musi przejść od formy nieaktywnej do aktywnej;
muszą być zmiany konformacyjne
- Do 30% białek w eukariotach są natywnie nieustrukturyzownecałe pozbawione struktury lub fragmenty
nieustrukturyzwane i dopiero gdy oddziałują z innym związkiem zyskują strukturę; białka sygnałowe. Mogą
oddziaływać z kilkoma ligandami model Fly- casting białko musi się związać i wtedy zwija się do
właściwej formy funkcjonalnej.