Transcript Biofísica
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Biofísica
Biologia estrutural Prof. Dr. Walter Filgueira de Azevedo Jr.
BIOFÍSICA
Resumo
Por que estudar proteínas?
Estruturas de proteínas Modelagem molecular de proteínas Modelagem de CDKs Referências wfdaj.sites.uol.com.br
BIOFÍSICA
Por que estudar proteínas?
1) Identificar mecanismos de funcionamento de proteínas.
2)
Protein folding
3) Evolução molecular 4) Modelagem molecular 5) Engenharia de proteínas 6) Desenho de drogas wfdaj.sites.uol.com.br
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Aminoácidos
Glicina Alanina Serina* Treonina* Cisteina Valina Isoleucina Gly Ala Ser Thr Cys Val Ile I G A S T C V Tirosina* Metionina Triptofano* Asparagina* Glutamina* Histidina* Aspartato* Leucina Prolina Leu Pro L P Glutamato* Lisina* Fenilalanina Phe * podem formar ligações de H F Arginina* http://wfdaj.sites.uol.com.br
Tyr Met Trp Asn Gln His Asp Glu Lys Arg E K R Q H D Y M W N
Escala de hidrofobicidade de aa
2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 W I F L C M V Y P A T H G S Q N E D K R
aminoacidos
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Diagrama de Venn para aminoácidos
Gly Val Ala Ile Leu Phe Met Trp Cys Tyr Ser Thr Asn Gln Pro Asp Glu His Arg Lys wfdaj.sites.uol.com.br
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Cadeia peptídica
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R124 K23 E341 R385
Ângulos de torção
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Ângulos de torção
Na cadeia polipetídica a definição do enovelamento da proteína depende dos ângulos de torção anterior ao carbono alfa, chamado de ângulo fi (phi em inglês) ( ), e do ângulo de torção após o carbono alfa, chamado ângulo psi ( ).
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Diagrama de Ramachandran
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Diagrama de Ramachandran
Analysis for 2 previously solved crystallographic PNP structures present 73.9 % of residues in the most favorable, 23.1% in the additional allowed regions, 1.6% in the generously allowed regions, and 1.4 % in the disallowed region.
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In the present structure 87.7% of the residues are found to occur in the most favored regions, 11.9% in the additional allowed regions and only one residue in the disallowed region of the plot.
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Estrutura Secundária de Proteínas
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Hélice alfa
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Hélice
Hélice 3
10
Hélice
Fita
Folha beta anti-paralela
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N C BIOFÍSICA
Folha beta anti-paralela
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N C BIOFÍSICA
Folha beta paralela
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Folha beta paralela
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Folha beta mista
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Parâmetros estruturais
Estrutura Hélice Hélice 3 10 Hélice ( ) -57 -49 -57 ( ) -47 -26 -70 n 3,6 3,0 4,4 d(Å) 1,5 2,0 1,1 n: número de resíduos de aminoácido por volta da hélice d(Å) = delocamento ao longo do eixo da hélice p(Å) = passo da hélice (delocamento total de uma volta da hélice) p(Å) 5,4 6,0 5,0 wfdaj.sites.uol.com.br
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Ângulos de torção da cadeia lateral
Lisina (Lys) wfdaj.sites.uol.com.br
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Superestruturas -Combinações de elementos de estrutura secundária -Podem envolver hélices e fitas-
-Caracterizam classes de proteínas
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Grampo beta (beta-hairpin)
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N C BIOFÍSICA
Grampo alfa (alfa-hairpin)
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C C N N BIOFÍSICA
Motivo beta-alfa-beta
N wfdaj.sites.uol.com.br
C BIOFÍSICA
Níveis de estrutura protéica
Primária Secundária Terciária Quaternária wfdaj.sites.uol.com.br
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Classificação de proteínas segundo estrutura secundária e terciária
Classe Características + Estrutura secundária de hélice alfa Estrutura secundária de folha beta Presença de Ausência de estrutura (irregulares) wfdaj.sites.uol.com.br
Examples Mioglobina Quimotripsina PNP Papaína Ferrodoxina BIOFÍSICA
SCOP (Structural Classification Of Proteins)
http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ Hierarquia do SCOP (Maio de 2002) Nível Número de casos Classes 7
Folds
Superfamílias Famílias Domínios 686 1073 1827 39893 wfdaj.sites.uol.com.br
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SCOP (Structural Classification Of Proteins)
http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ Família: Estruturas de proteínas que exibem clara relação evolucionária.
Superfamília: Estruturas de proteínas que exibem provável origem evolucionária comum.
Fold
: Grande similaridade estrutural. wfdaj.sites.uol.com.br
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SCOP (Structural Classification Of Proteins)
http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ Classe # folds # superfamílias / + 151 110 113 208 252 205 185 295 Multi-dom.
34 34 Membrana Irregulares Total 12 58 686 19 83 1073 wfdaj.sites.uol.com.br
# famílias 393 337 438 454 46 31 128 1827 BIOFÍSICA
http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/pdb.cgi
Exemplo:
5nul
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http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/pdb.cgi
Protein: Flavodoxin from
Clostridium beijerinckii
1. Root : scop 2. Class: Alpha and beta proteins ( ) 3. Fold : Flavodoxin-like 3 layers, a/b/a, parallel beta-sheet of 5 strand, order 21345 4. Superfamily : Flavoproteins 5. Family : Flavodoxin-related binds FMN 6. Protein : Flavodoxin 7. Species :
Clostridium beijerinckii
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BIOFÍSICA
Modelagem molecular de proteínas
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Paradigma da modelagem molecular por homologia
Se uma proteína apresenta estrutura primária similar, identidade seqüencial acima de 30%, há grande probabilidade de conservarem sua estrutura terciária. A existência de identidade entre duas seqüências de proteínas, muitas vezes indica relação evolutiva.
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Modelagem de CDKs
BIOFÍSICA
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Exemplo: Modelagem da CDK1.
Alinhamento ( http://prodes.toulouse.inra.fr/multalin/multalin.html ) > H 4 t 0 M K E V K V R A E K N D N F D D G P K L F V K I I G R P H W I Y D C V R G Q R D G D P D K L S L K A F P L > d 7 t 0 M K E V K V R E A E K N D S F D D Q D K I F V K I I G R P H W V R D T A K G Q R N E D P S S L D L K M F Q wfdaj.sites.uol.com.br
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Saída do alinhamento.
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CDK1+flavopiridol
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Modelagem da CDK9
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Alinhamento das sequências das CDK2 e 9
1 15 16 30 31 45 46 60 61 75 76 90 1 CDK2 --------------- --------------- -----MENFQKVEKI GEGTYGVVYKARNKL TGEVVALKKIRLDTE TEGVPSTAIREISLL 55 2 CDK9 --------------- -----MAKQYDSVEC PFCDEVSKYEKLAKI GQGTFGEVFKARHRK TGQKVALKKVLMENE KEGFPITALREIKIL 70 91 105 106 120 121 135 136 150 151 165 166 180 1 CDK2 KELNHPNIVKLLDVI HT--------ENKLY LVFEFLHQDLKKFMD AS-------ALTGIP LPLIKSYLFQLLQGL AFCHSHRVLHRDLKP 130 2 CDK9 QLLKHENVVNLIEIC RTKASPYNRCKGSIY LVFDFCEHDLAGLLS N--------VLVKFT LSEIKRVMQMLLNGL YYIHRNKILHRDMKA 152 181 195 196 210 211 225 226 240 241 255 256 270 1 CDK2 QNLLINTEG----AI KLADFGLARAFGVPV RT----YTHEVVTLW YRAPEILLGCKYYST AVDIWSLGCIFAEMV TRRALFPGDSE---- 208 2 CDK9 ANVLITRDG----VL KLADFGLARAFSLAK NSQPNRYTNRVVTLW YRPPELLLGERDYGP PIDLWGAGCIMAEMW TRSPIMQGNTE---- 234 271 285 286 300 301 315 316 330 331 345 346 360 1 CDK2 -----IDQLFRIFRT LGTPDEVVWPGVTSM PDY-KPSFPKWARQD FSKVVPPLDED---- ----GRSLLSQMLHY DPNKRISAKAALAHP 284 2 CDK9 -----QHQLALISQL CGSITPEVWPNVDNY ELYEKLELVKGQKRK VKDRLKAYVRDP--- ---YALDLIDKLLVL DPAQRIDSDDALNHD 313 361 375 376 390 391 405 406 420 421 435 436 450 1 CDK2 FFQDVTKPVPHLRL- --------------- --------------- --------------- --------------- --------------- 298 2 CDK9 FFWSDPMPSDLKGML STHLTSMFEYLAPPR RKGSQITQQSTNQSR NPATTNQTEFERVF- --------------- --------------- 372 wfdaj.sites.uol.com.br
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De Azevedo
et al., PNAS.
1996 wfdaj.sites.uol.com.br
CDK2+Flavopiridol
BIOFÍSICA
CDK2+Flavopiridol CDK9+Flavopiridol
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CDK2+Flavopiridol CDK9+Flavopiridol
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Ligações de hidrogênio intermoleculares. Inibidor Staurosporine Purvalanol B Hymenialdisine NU2058 NU6027 U55 PKFO 49-38 Deschloroflavopirido l Roscovitine Olomoucine Isopentenyladenine Indirubin Distância entre inibidor e C=O do Glu81 (Å) 2.75 3.73 2.76 2.57 2.84 NO 2.71 2.86 Distância entre inibidor e N-H da Leu83 (Å) 2.63 3.18 2.74 3.11 2.97 3.30 3.13 2.91 NO NO NO 3.04 3.38 2.94 3.39 2.72 Distância entre inibidor e C=O da Leu83 (Å) NO 2.54 3.17 2.34 2.49 2.74 3.27 NO 2.82 2.65 NO 3.10 NO: Não Observada
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CDK2+Flavopiridol CDK9+Flavopiridol
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BIOFÍSICA
CDK2+Flavopiridol CDK9+Flavopiridol
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BIOFÍSICA
Parâmetros estruturais para CDK e flavopiridol. Parâmetros
Superfície de contato entre a CDK e o flavopiridol (Å) 2 Número de ligações de hidrogênio entre CDK e flavopiridol Principais resíduos envolvidos no contato da CDK com o flavopiridol IC 50 ( M)
CDK2
320 5 Lys 33, Asp 89, Cys 91, Asn 139, and Asp152 0.4
CDK9
332 6 Lys33, Glu81, Leu83, and Asp152 .
0.2 De Azevedo
et al.,
Biochemical and Biophysical Research Comm., 293, 566-571 (2002).
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Trabalho
1) A poli-L-leucina em um solvente orgânico como o dioxano fica em hélice , mas não a poli-L-isoleucina. Por que esses aminoácidos com os mesmos números e tipos de átomos têm diferentes tendências de formação de hélice?
2) A tropomiosina, uma proteína muscular de 70 kd, é uma superfície bifilamentar de hélices . Qual é o comprimento dessa molécula? Considere que a translação por aminoácido em uma hélice é de 1,5 Å.
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Referências
Canduri, F. & De Azevedo, W. F. Jr. Structural Basis for interaction of inhibitors with Cyclin-Dependent Kinase 2.
Current Computer-Aided Drug
Design 1 , 53-64, 2005.
Alberts, B.
et al.
Biologia Molecular da Célula. 4a edição. Artmed editora, Porto Alegre, 2004 (Capítulo 3).
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