Классификации трехмерных структур

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

Классификации

трехмерных

структур

1

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Наукаиреальность

2

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Структурныеэлементы

3

Плоский (параллельный) лист

Искривленный(антипараллельный) лист

Баррель

Альфа-спираль

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Структурныеэлементы

4

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

Какимибывают ?структурыбелков

ФибриллярныеГлобулярные

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Coiled coil

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Архитектуры

7

β-сэндвич

β-баррельβ-пропеллер

β-призмаTIM-баррель

α/β-сэндвичα/β/α-сэндвич

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Архитектура, топология,

структурныемотивы

8

Архитектура – взаимное расположение β-листови слоев прилегающих к ним α-спиралей в пространстве

Топология – расположение β-тяжей и α-спиралей в пространствеи их порядок в полипептидной цепи

Структурный мотив – несколько тяжей и, возможно, спиралей,топология которых широко распространены среди известных структур

2

1 3

10 9 4 5 6

8 7

Архитектура: β-сэндвичТопология: порядок тяжей в полипептидной цепи: 1-2-3-…,порядок в β-листах: 2-10-9-4-5-6 и 1-3-8-7

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Структурныемотивы

9

β-шпилька

Jellyroll

β-меандр βαβ-мотивβαβ-спираль

β-спираль

Интерлок

Греческий ключ

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Rossmann fold

Спирали расположены по обе стороны от бета-слоя

При этом не нарушается правило образованияß-a-ß мтивов (в виде правой спирали)

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Leu zipper

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Helix-turn-helixHelix-loop-helix

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Zn finger

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012EF-hand

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

15

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012SCOP и CATH

16

2002 2003 2004 2005 2007 20090

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

SCOP

Год

Числ

о ст

рукт

урны

х до

мен

ов

2003 2004 2005 2006 20120

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

CATH

Год

SCOP (Murzin, Benner, Hubbard, Chotia, 1995) CATH (Orengo et al., 1993, 1997)

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

•Класс

•Архитектура

•Топология

•Семейство –гомология

Уровни классификации в CATH

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

•Класс

•Укладка (fold) – сходная топология

•Суперсемейство – структурная гомология (?)

•Семейство – сходство последовательностей и/или хорошее пространственной выравнивание цепей

•Белок – б.м. ортологичные белковые домены

•Вид – конкретный белок

Уровни классификации в SCOP

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Разницамежду a/b и a+b

19

a/b: - Спирали и тяжи вместеобразуют глобулу

a+b: - Спирали и тяжи более или менее разобщены

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Зачемнужныструктурные

?классификации

20

• Поиск эволюционного сходства

1 2 3

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Зачемнужныструкурные

классификации

21

• Голд стандарт для различных алгоритмов

DSSP

SheeP

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Зачемнужныструкурные

классификации

22

• Структурная биология будущегоПочему некоторые мотивы выполняют строго определенные функции?Почему другие мотивы не связаны с функцией белка?Почему некоторые укладки встречаются у белков со строго определенной функцией?Почему некоторые мотивы специфичны для определенных укладок?В то же время, другие мотивы встречаются в белках с разным типом укладки - почему?Почему одни мотивы широко распорстранены, а другие похожие мотивы чрезвычайно редки?Как формируется укладка белка в процессе фолдинга?Как возникают новые фолды в процессе эволюции?Какие типы укладок вообще могут существовать, и можно ли создать укладку de novo?Почему одни типы укладок широко распространены, а другие редки?

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

:Неопределенность ?сэндвичилибаррель

23А или Д?

SCOP: баррельCATH: сэндвич

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Сигналишум

24

“Кор”: β-сэндвич

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

Великолиразнообразиеукладок

Orengo et al., 1997 Andreeva, Murzin, 2010

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 –Чтоважнее

?архитектураилитопология

26

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 –Чтоважнее

?архитектураилитопология

27

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

Гибкое

совмещение

28

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

29

Ye, Godzik, 2003

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012

Задачисовмещенияструктур

30

Rigid: Найти выравнивание А, такое, что(1) его длина максимальна(2) построенное по нему совмещениеимеет минимальный RMSD

Flexible: Найти минимальное количество изломов,так чтобы полученные блоки давали наилучшее жесткое совмещение

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Алгоритмгибкого

совмещения (FATCAT)

31

Ye, Godzik, 2003

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012 Изломывнутридомена

32

Жесткое совмещение: L=80, RMSD=2.98

Гибкое совмещение: L=79, RMSD=2.76

Стру

ктур

ные

клас

сиф

икац

ии 2

012Все

33