Transcript Estrutura de proteínas
Estrutura de proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Níveis de Estruturas Protéicas
Estrutura do aminoácido
Aminoácidos encontrados em proteínas são isomêros L
Ligações peptídicas e o ângulo omega
Trans: = 180º
Ângulos torsionais e restrições espaciais
Estrutura de proteínas e os ângulos torsionais
Ângulos torsionais e estruturas 2D
Predição da estrutura 2D
• • Tipos de predição – –
Ab initio
– Por homologia
Ab initio
+ homologia http://www.expasy.ch/tools/#secon dary –
APSSP
- Advanced Protein Secondary Structure Prediction Server –
GOR
- Garnier et al, 1996 –
HNN
- Hierarchical Neural Network method (Guermeur, 1997) –
Jpred
- A consensus method for protein secondary structure prediction at University of Dundee –
PredictProtein
- PHDsec, PHDacc, PHDhtm, PHDtopology, PHDthreader, MaxHom, EvalSec from Columbia University –
PSIpred
- Various protein structure prediction methods at Brunel University –
SSpro4
- Secondary structure prediction using bidirectional recurrent neural networks at University of California
Alinhamento de estruturas 2D
A conservação da estrutura 2D é maior do que a da estrutura 1D 3D > 2D > 1D Permite verificar ancestralidade antiga entre genes
Métodos experimentais de descoberta da estrutura 3D
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Difração de raios-X
• Difração é a técnica mais utilizada – 84% PDB • Apresenta resultado mais preciso do que o NMR • Não pode ser realizada com a proteína em solução – O problema da
Cristalização
– Metodologia delicada e complexa • A técnica mais aplicada e mais rápida exige que se tenha conhecimento de estrutura com enovelamento bastante similar –
Refinamento
Cristalização de proteínas
• Técnica complexa • Nem toda proteína cristaliza • Condições complexas para a cristalização – Método empírico • Proteína com diversos sais
Difração de Raios-X
Resolução da Estrutura
Produz-se um
mapa de densidades
eletrônicas e monta-se o quebra-cabeças Encaixe das cadeias laterais (sequenciamento)
NMR
• Ressonância nuclear magnética (
RNM
) • Permite identificar a posição dos átomos de
hidrogênio
(prótons) • Proteínas em
solução
• Várias estruturas de
mínima energia
Informações sobre o PDB
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Protein Data Bank
Banco de dados
primário
GenBank X PDB
Novos enovelamentos
Estrutura de um arquivo PDB
• • • • • • •
Título
TITLE, COMPND, SOURCE, AUTHOR, REMARKS
Estrutura primária Heteroátomos
DBREF, SEQADV, SEQRES, MODRES HET, HETNAM, HETSYN, FORMUL
Estrutura secundária Ligações químicas
HELIX, SHEET, TURN SSBOND, HYDBND, SLTBRG, CYSPEP
Dados cristalográficos
CRIST1, ORIGXn, SCALEn, MTRIXn
Coordenadas atômicas
MODEL, ATOM, TER, HETATM • http://www.rcsb.org/pdb/ 3H1V
SCOP
Na internet
•
PDB
http://www.rcsb.org/pdb/ Mais famoso e completo banco de dados de estrutura de proteínas •
Protein explorer
http://proteinexplorer.org
Programa derivado do RasMol para a visualização de estruturas de proteínas •
SWISS-PDBviewer
entre átomos http://www.expasy.org/spdbv/ Programa para a visualização e análise da estrutura de proteínas. Permite a realização de mutações, alterações em pontes de hidrogênio, ângulos de torção e distâncias
Modelagem molecular por homologia
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Modelagem molecular por homologia
Por que utilizar?
Sítios catalíticos Sítios de interação a drogas
Premissa básica
Seqüência a ser modelada Homologia Seqüências homólogas ?????????????
?????????????
Similaridade Estrutura Tridimensional
Quando utilizar a modelagem?
• Problema
experimentalmente difícil
– Proteínas de membrana – Proteínas glicosiladas • Problema não justifica o
investimento
necessário para resolver a estrutura experimentalmente • Último recurso
disponível
Como utilizar?
Processo Iterativo
Alternativa
Enviar a seqüência para o SWISS MODEL
Swiss-Model
http://www.expasy.org/swissmod
Modeller
Modelagem por satisfação de restrições espaciais Restrições espaciais obtidas de métodos empíricos Banco de dados com alinhamentos de 416 proteínas de 105 famílias diferentes Distâncias entre átomos são expressas em funções densidade de probabilidade
Modeller
Ramachandran
Verificação da adequação do modelo Obediência das restrições espaciais Ângulos phi e psi permitidos
CASP
•
Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction
• “Competição” para verificar o melhor software de predição de estrutura 3D de proteínas • Proteínas de estrutura resolvida recentemente são dadas a bioinformatas • A predição mais precisa ganha a “competição” • Modeller-based techniques
Na internet
Modeller
http://salilab.org/modeller/ Um dos programas mais utilizados para a modelagem de proteínas por homologia.
SWISS-MODEL
http://www.expasy.org/swissmod Programa via web para a modelagem de proteínas por homologia.
PROCHECK
http://www.biochem.ucl.ac.uk/~roman/ procheck/procheck.html
Programa que checa a qualidade estereoquímica de uma estrutura de proteína, gerando análises gráficas sobre a geometria espacial da proteína, resíduo por resíduo.
Protein threading
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Premissa?
Muitas vezes a seqüência pode não ser conservada, mas a estrutura sim!
Threading
• Criação de
modelos descritivos
para o enovelamento de proteínas; – Distância entre resíduos de aminoácidos; – Estrutura secundária dos fragmentos; – Características fisico-químicas de cada resíduo e sua ordem na cadeia;
Libra
http://www.ddbj.nig.ac.jp/E-mail/libra/LIBRA_I.html
Programa on-line que utiliza threading para encontrar uma seqüência de resíduos de aminoácidos que melhor se adequem a uma estrutura terciária conhecida e vice-versa
Threader
Programa de predição da estrutura terciária através do reconhecimento do enovelamento a partir de bibliotecas alternativas
Conclusões
• A descoberta das estruturas das proteínas permite-nos saber como ela realizada sua função molecular • Predição de ligantes • Dinâmica molecular para interação com químicos (drogas) • Bioengenharia de proteínas
Aula Prática
Modelagem de proteínas por homologia utilizando o
SWISS-MODEL
http://www.expasy.org/swissmod Estrutura de um arquivo
PDB
http://www.pdb.ufmg.br
http://www.pdb.org
Visualizando um arquivo PDB no
Protein Explorer
http://www.proteinexplorer.org