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Fisica Computazionale applicata alle Macromolecole
Pier Luigi Martelli
Università di [email protected]
051 2094005338 3991609
Struttura e funzione delle proteine 2
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Classificazione strutturale: Classificazione strutturale: Proteine globulari e di membranaProteine globulari e di membrana
Inner Membrane proteins(all -Transmembrane
proteins)
Outer Membrane proteins(all -Transmembrane
proteins)
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Classificazione strutturale: DominiClassificazione strutturale: Domini
Dominio 1
Dominio 2
Porzione di struttura “strutturalmente indipendente”
Fattore XIII della coagulazione (1F13)
Dominio 3
Dominio 4
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Classificazione strutturale: DominiClassificazione strutturale: Domini
Porzione di struttura “strutturalmente indipendente”
Alcool deidrogenasi (2OHX)
Dominio 1 Dominio 2
Dominio 1 non contiguo un sequenza
N C
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Confronto tra struttureConfronto tra strutture
Possiamo confrontare domini strutturali di diverse proteine?
Similarità strutturale tra Acetilcolinesterasi e Calmodulina (Tsigelny et al, Prot Sci, 2000, 9:180)
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Sovrapposizione e allineamento strutturaleSovrapposizione e allineamento strutturale
A
B
C
D
E
c
a
b
d
e
ABCDE--abcde
Sovrapposizione strutturale
Allineamento strutturale tra le sequenze
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Misure di sovrapposizioneMisure di sovrapposizione
N
xXdRMSD
2),(
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CE http://cl.sdsc.edu/ce.html
Confronto tra struttureConfronto tra strutture
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CE: Sovrapposizione strutturaleCE: Sovrapposizione strutturale
Rosso: 1KEV: Alcool deidrogenasi di Clostridium beijerinckii Blu: 2OHX: Alcool deidrogenasi E di Cavallo
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CE: Allineamento strutturaleCE: Allineamento strutturale
Sovrapposizione a “grana grossa”: solo il backbone viene considerato
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Classificazioni gerarchicheClassificazioni gerarchiche
CATH http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath_new/index.html
C: Class Composizione in struttura secondaria
A: Architecture Forma complessiva, ignora connettività della catena
T: Topology Si tiene in considerazione la connettività
H: Homologous Famiglie di omologia (famiglie derivanti da un ancestore comune)
Possiamo classificare “tassonomicamente i domini” ?
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CATHCATH
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Stessa architettura, diversa topologiaStessa architettura, diversa topologia
Halorodospina: 1E12 Acquaporina: 1FQY
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Classificazioni gerarchicheClassificazioni gerarchiche
SCOP http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/
La classificazione più affidabile NON è automatica
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Quanti fold esistono?Quanti fold esistono?
Nuovi fold (azzurro) e vecchi fold (arancio) depositati ogni anno
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Quanti fold esistono?Quanti fold esistono?
Percentuale di fold unici sul totale delle strutture depositate
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Predizione comparativaPredizione comparativa
E’ possibile invertire il procedimento?Date due sequenze:
1) E’ possibile capire se hanno struttura simile?
2) Se hanno struttura simile, è possibile allinearle (senza informazioni strutturali) in modo da riprodurre
l’allineamento strutturale?
Se sì, e se una delle due sequenze è a struttura risolta, possiamo predire la struttura dell’altra sequenza SOVRAPPONENDO i residui secondo l’allineamento
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Fold Recognition: è possibile capire se due proteine hanno struttura simile?
>Protein XYMSTLYEKLGGTTAVDLAVDKFYERVLQDDRIKHFFADVDMAKQRAHQKAFLTYAFGGTDKYDGRYMREAHKELVENHGLNGEHFDAVAEDLLATLKEMGVPEDLIAEVAAVAGAPAHKRDVLNQ
?
Fold Recognition e ThreadingFold Recognition e Threading
Threading: se sì, è possibile allinearle in modo corretto?
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Modelling comparativo (Omologia/Threading)Modelling comparativo (Omologia/Threading)
A
B
C
D
EABCDE--abcde
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MNIFEMLRID EGLRLKIYKD TEGYYTIGIG HLLTKSPSLN AAKSELDKAI GRNCNGVITKDEAEKLFNQD VDAAVRGILR NAKLKPVYDS LDAVRRCALI NMVFQMGETG VAGFTNSLRMLQQKRWDEAA VNLAKSRWYN QTPNRAKRVI TTFRTGTWDA YKNL
Predizioni ab initio
E per nuovi fold?E per nuovi fold?
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Classificazione funzionaleClassificazione funzionale
Relativamente semplice per enzimi:
EC: http://us.expasy.org/enzyme/
Enzyme Classisication
Molto complicato in casi più generali
GeneOntology: http://www.geneontology.org/Vengono adottati differenti criteri classificativi:
Molecular Function
Biological Process
Cellular Component
Alcune proteine possono esplicare più funzioni a seconda delle condizioni cellulari (Moonlight proteins)
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Aspartase [1JSW]Histidase [1B8F]
N NH
CO2-
H
HH+NH3
HH CO2
-
NHN
+ NH3
2-Crystallin [1AUW]
Avian eye lens protein
E’ possibile inferire la funzione dal fold?E’ possibile inferire la funzione dal fold?
Dati: Torsten SchwedeUniversità di Basilea
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E’ possibile inferire la funzione dal fold?E’ possibile inferire la funzione dal fold?
•I 5 fold più rappresentati (TIM-barrel, alpha-beta hydrolase, Rossmann, P-loop containing NTP hydrolase, ferredoxin fold), sono associabili a un numero di funzioni differenti da 5 a 16
•Attenzione: NON significa che la struttura non determina la funzione (“grana del confronto”)
E’ possibile inferire il fold dal funzione?E’ possibile inferire il fold dal funzione?
•Le due funzionipiù rappresentate (idrolasi e O-glicosil-glucosidasi) sono associate a 7 fold ognuna
NON ESISTE RELAZIONE BIUNIVOCA TRA NON ESISTE RELAZIONE BIUNIVOCA TRA FUNZIONE E FOLDFUNZIONE E FOLD
Dati: Torsten SchwedeUniversità di Basilea
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PREDIZIONE DI STRUTTURA e FUNZIONE DI PREDIZIONE DI STRUTTURA e FUNZIONE DI PROTEINEPROTEINE
Che fare?Che fare?
Possibili risposte derivano da ipotesi sul come hanno avuto origine le sequenze proteiche di ogni organismo.
IDEE?IDEE?