Media:zwijanie_bialek

Transcript

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.