52
1 ייייי ייייי יייי יייי יייייי יייייי י י

חיזוי מבנה חלבונים

  • Upload
    manju

  • View
    60

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

חיזוי מבנה חלבונים. מה נראה היום. הצגת הבעיה דרכים ביולוגיות לפתרון הבעיה חיזוי מבנה שניוני חיזוי מבנה שלישוני. חשיבות הבעיה. ידיעת מבנה החלבון יכולה להועיל מאוד בהבנת הפונקציונליות שלו זיהוי סוג החלבון – קושר DNA , קושר מולקולות מסוימות וכו' הבנת דרך הפעולה של אנזימים ייצור תרופות - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: חיזוי מבנה חלבונים

11

חיזוי חיזוי מבנה מבנה

חלבוניםחלבונים

Page 2: חיזוי מבנה חלבונים

22

מה נראה היוםמה נראה היום

הצגת הבעיההצגת הבעיהדרכים ביולוגיות לפתרון הבעיהדרכים ביולוגיות לפתרון הבעיהחיזוי מבנה שניוניחיזוי מבנה שניוניחיזוי מבנה שלישוניחיזוי מבנה שלישוני

Page 3: חיזוי מבנה חלבונים

33

חשיבות הבעיהחשיבות הבעיה

ידיעת מבנה החלבון יכולה להועיל מאוד ידיעת מבנה החלבון יכולה להועיל מאודבהבנת הפונקציונליות שלובהבנת הפונקציונליות שלו

זיהוי סוג החלבון – קושר זיהוי סוג החלבון – קושרDNADNA קושר , קושר ,מולקולות מסוימות וכו'מולקולות מסוימות וכו'

הבנת דרך הפעולה של אנזימיםהבנת דרך הפעולה של אנזימיםייצור תרופותייצור תרופות יצירת חלבונים ספציפיים למשל פקטורי יצירת חלבונים ספציפיים למשל פקטורי

שעתוק ספציפיים לרצףשעתוק ספציפיים לרצף

Page 4: חיזוי מבנה חלבונים

44

??מה מחפשיםמה מחפשים

מבנה ראשוני – זיהוי רצף חומצות האמינו מבנה ראשוני – זיהוי רצף חומצות האמינובפוליפפטיד בפוליפפטיד

מבנה שניוני – זיהוי מבנים מסוימים ברצף מבנה שניוני – זיהוי מבנים מסוימים ברצףαα-helix, -helix, ββ-strand, loop-strand, loopהחלבון: החלבון:

מבנה שלישוני – קיפול החלבון למבנה תלת מבנה שלישוני – קיפול החלבון למבנה תלתמימדימימדי

מבנה רביעוני – מבנה החלבון בקומפלקסמבנה רביעוני – מבנה החלבון בקומפלקס

Page 5: חיזוי מבנה חלבונים

55

Page 6: חיזוי מבנה חלבונים

66

??איך עושים את זהאיך עושים את זה

החלבון יוצא מהריבוזום ומתקפל בצורה החלבון יוצא מהריבוזום ומתקפל בצורהספונטאנית למבנהו השלישוניספונטאנית למבנהו השלישוני

מספר אפשרויות הקיפולים הוא רציף ולכן אינסופימספר אפשרויות הקיפולים הוא רציף ולכן אינסופי

הנחות:הנחות:הקשרים בין האטומים בחלבון מכתיבים את מבנהוהקשרים בין האטומים בחלבון מכתיבים את מבנהו החלבון מתקפל לצורה בה האנרגיה החופשית היא החלבון מתקפל לצורה בה האנרגיה החופשית היא

מינימליתמינימלית

Page 7: חיזוי מבנה חלבונים

77

סוגי הקשרים בקיפול חלבוניםסוגי הקשרים בקיפול חלבוניםבשיירים ובשדרה, בשיירים ובשדרה, קשרי מימןקשרי מימן

מתחרים על קשר עם המיםמתחרים על קשר עם המיםבין שיירים בין שיירים קשרים הידרופובייםקשרים הידרופוביים

הידרופובייםהידרופובייםבין שיירים בין שיירים קשרים אלקטרוסטטייםקשרים אלקטרוסטטיים

טעונים במטענים שונים )בליבת טעונים במטענים שונים )בליבת החלבון( ובין שיירים מיוננים למים החלבון( ובין שיירים מיוננים למים

)בשטח החיצון()בשטח החיצון(הן קשרי משיכה )בין הן קשרי משיכה )בין קשרי ון דר ואלסקשרי ון דר ואלס

אטומים לא טעונים( וקשרי דחייה )בין אטומים לא טעונים( וקשרי דחייה )בין אטומים המוקפים בענני אלקטרונים(אטומים המוקפים בענני אלקטרונים(

Page 8: חיזוי מבנה חלבונים

88

“most of the information about protein energetics contained in complex statistical potentials is simply hydrophobic clustering propensity . . . “(Thomas & Dill, 1996(

Page 9: חיזוי מבנה חלבונים

99

פתירת מבנה חלבוניםפתירת מבנה חלבונים NMRNMR

Resolution: 2-5ÅResolution: 2-5Å Maximum protein size: ~50kDaMaximum protein size: ~50kDa Protein in solutionProtein in solution Consumes 4-6 weeksConsumes 4-6 weeks

X-Ray CrystallographyX-Ray Crystallography Protein should be in crystalProtein should be in crystal Resolution: <2ÅResolution: <2Å Takes days to weeksTakes days to weeks

PDB holds 31,123 solved structures (31/5/2005) PDB holds 31,123 solved structures (31/5/2005) 85% of are solved by 85% of are solved by x-rayx-ray

There are hundreds of thousands of known proteinsThere are hundreds of thousands of known proteins

Page 10: חיזוי מבנה חלבונים

1010

Page 11: חיזוי מבנה חלבונים

1111

CASPCASP

Critical Assessment of Techniques for Critical Assessment of Techniques for Protein Structure PredictionProtein Structure Prediction

ניסוי המתקיים כל שנתיים לבדיקת יכולת ניסוי המתקיים כל שנתיים לבדיקת יכולתהחיזויהחיזוי

ב בCASP6 (2004)CASP6 (2004) קבוצות )מתוכן קבוצות )מתוכן 266266 השתתפו השתתפו השתמשו בשרת אוטומטי לגמרי( ונבחנו השתמשו בשרת אוטומטי לגמרי( ונבחנו 6565רק רק חלבוני מטרה חלבוני מטרה6464

Page 12: חיזוי מבנה חלבונים

1212

CASPCASP

::CASPCASPהקטגוריות המנוסות בהקטגוריות המנוסות ב Secondary structure predictionSecondary structure prediction Homology modelingHomology modeling Protein threadingProtein threading Contact predictionContact prediction De-novoDe-novo structure prediction structure prediction Function predictionFunction prediction

Page 13: חיזוי מבנה חלבונים

1313

ההתקדמות במשך השניםההתקדמות במשך השנים

Page 14: חיזוי מבנה חלבונים

1414

CASPCASP

מסקנות מניסויי מסקנות מניסוייCASPCASP:: שרתים אוטומטיים טובים כמעט כמו כאלה עם שרתים אוטומטיים טובים כמעט כמו כאלה עם

התערבות אדםהתערבות אדם שיטות שמשתמשות בהומולוגיה בלבד לא יתקדמו שיטות שמשתמשות בהומולוגיה בלבד לא יתקדמו

בתוצאות שלהן בעתידבתוצאות שלהן בעתיד מידע על מבנה חלבונים עוזר במציאת הומולוגים מידע על מבנה חלבונים עוזר במציאת הומולוגים

רחוקיםרחוקים אנו זקוקים לסימולציה טובה של אטומים ע"מ להתקדם אנו זקוקים לסימולציה טובה של אטומים ע"מ להתקדם

ביכולות החיזויביכולות החיזויהבעיה העיקרית כיום היא חיזוי השייריםהבעיה העיקרית כיום היא חיזוי השיירים

Page 15: חיזוי מבנה חלבונים

1515

חיזוי מבנה שניוניחיזוי מבנה שניוני

אחת הגישות בחיזוי מבנה החלבון היא לחזות אחת הגישות בחיזוי מבנה החלבון היא לחזותקודם את המבנה השניוני וממנו לחזות את קודם את המבנה השניוני וממנו לחזות את

השלישוניהשלישוני נראה שיטה שפיתח נראה שיטה שפיתחJonesJones המתבססת על המתבססת על

מבנהמבנהההנחה ששמירה אבולוציונית של ההנחה ששמירה אבולוציונית של חלבונים חזקה יותר מהשמירה על רצפםחלבונים חזקה יותר מהשמירה על רצפם

Page 16: חיזוי מבנה חלבונים

1616

חיזוי מבנה שניוניחיזוי מבנה שניוני

Protein Secondary Structure Prediction Based on

Position-specific Scoring Matrices

Jones DT

J Mol Biol (1999) 292, 195-202

Page 17: חיזוי מבנה חלבונים

1717

PSIPREDPSIPRED

המאמר מציג שיטה בה משתמשים ברשת נוירונים שלמדה מבנים פתורים לחיזוי מבנה שניוני תוך

PSSMשימוש במטריצת

ההנחה היא שמבנה נשמר יותר מרצף החלבון טובאבולוציונית

תתן ניבוי טובPSSMולכן

Page 18: חיזוי מבנה חלבונים

1818

PSIPREDPSIPRED

שלבי השיטה:שלבי השיטה: בניית מטריצת שכיחויות שבה מוצג רצף החלבון בניית מטריצת שכיחויות שבה מוצג רצף החלבון

מול כל ח"א האפשריות והשכיחּות להחלפתןמול כל ח"א האפשריות והשכיחּות להחלפתן וביצוע: וביצוע:1515מעבר על החלבון בחלון בגודל מעבר על החלבון בחלון בגודל הכנסת המטריצה לרשת נוירונים שלמדה הכנסת המטריצה לרשת נוירונים שלמדה

חלבונים פתורים לחיזוי המבנה של הח"א חלבונים פתורים לחיזוי המבנה של הח"א במיקום האמצעי בחלוןבמיקום האמצעי בחלון

הכנסת התוצאות שהתקבלו עבור כל ח"א הכנסת התוצאות שהתקבלו עבור כל ח"אעוקבות לרשת נוירונים שניה לסינון התוצאותעוקבות לרשת נוירונים שניה לסינון התוצאות

Page 19: חיזוי מבנה חלבונים

1919

PSIPREDPSIPRED

השלב הראשוני:השלב הראשוני: מאגר חלבונים יחודי למטרה זו נבנה כאשר אין בו מאגר חלבונים יחודי למטרה זו נבנה כאשר אין בו

כפילויותכפילויותרצף המטרה מורץ ברצף המטרה מורץ בPSI-BLASTPSI-BLASTמול מאגר זה מול מאגר זה PSI-BLASTPSI-BLASTמוציא רשימה של חלבונים הומולוגים מוציא רשימה של חלבונים הומולוגים מבצעים מבצעיםMultiple sequence alignmentMultiple sequence alignment כפלט של ההשוואה אנו מקבלים את השכיחות של כל כפלט של ההשוואה אנו מקבלים את השכיחות של כל

ח"א להיות בכל מיקום ברצףח"א להיות בכל מיקום ברצף:טבלא זו נקראת:טבלא זו נקראת

PSSM: Position Specific Scoring MatrixPSSM: Position Specific Scoring Matrix

Page 20: חיזוי מבנה חלבונים

2020

PSIPREDPSIPRED>protein 1

AAVLGTNAAL

>protein 2

AAVWTLAAL

>protein n

VAVQGTNAAA

>template protein

AAVLGTNAAL

MSABLAST AAVLGTNAAL

AAVW-TLAAL

VAVQGTNAAA

A A V L G T N A A L

A 0.9 0.87 0.31 0.22 0.05 0.31 0.56 0.89 0.98 0.03

B 0.02 0.03 0.12 0.32 0.25 0.03 0.01 0.1 0.01 0.56

Z 0.01 0.01 0.62 0.34 0.22 0.48 0.23 0.01 0.01 0.12

PSSM

Page 21: חיזוי מבנה חלבונים

2121

רשתות נוירונים )בקצרה(רשתות נוירונים )בקצרה(

Page 22: חיזוי מבנה חלבונים

2222

רשתות נוירונים )המשך(רשתות נוירונים )המשך(

נוירון נתפס סכמטית כיחידה הסוכמת קלטים נוירון נתפס סכמטית כיחידה הסוכמת קלטיםבינאריים בצורה משוקללת )גם משקלים בינאריים בצורה משוקללת )גם משקלים

שליליים( ומוציאה פלט בינארישליליים( ומוציאה פלט בינארי

http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_96/journal/vol4/cs11/report.html

Page 23: חיזוי מבנה חלבונים

2323

רשתות נוירונים )המשך(רשתות נוירונים )המשך( לכן רשת נוירונים היא מספר נוירונים המחוברים זה לזה כאשר לכן רשת נוירונים היא מספר נוירונים המחוברים זה לזה כאשר

פלט של אחד מהווה קלט לאחרפלט של אחד מהווה קלט לאחר שכבות: שכבות: 33ברשתות המלאכותיות שאנו נדבר עליהם ישנם ברשתות המלאכותיות שאנו נדבר עליהם ישנם

קלט, פלט ושכבה נסתרתקלט, פלט ושכבה נסתרת כמו כן העברת הנתונים מתבצעת בכיוון אחד כמו כן העברת הנתונים מתבצעת בכיוון אחד((feed-forwardfeed-forward))

http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_96/journal/vol4/cs11/report.html

Page 24: חיזוי מבנה חלבונים

2424

רשתות נוירונים )המשך(רשתות נוירונים )המשך(

למידה מבוקרת של רשת מתבצעת ע"י מענה למידה מבוקרת של רשת מתבצעת ע"י מענה( ( back propagationback propagationלאחור )לאחור )

מזינים קלטים ידועים לרשת ומחשבים את מזינים קלטים ידועים לרשת ומחשבים אתהשגיאה היחסית בעזרת פונקציה כלשהיא השגיאה היחסית בעזרת פונקציה כלשהיא

)למשל הפרש ריבועים()למשל הפרש ריבועים( הטעות היחסית של כל תא מוזנת לאחור הטעות היחסית של כל תא מוזנת לאחור

והמשקלות מחושבים שובוהמשקלות מחושבים שוב

Page 25: חיזוי מבנה חלבונים

2525

PSIPREDPSIPRED

אימון הרשת:אימון הרשת: נבחרה רשימה גדולה של חלבונים פתורים בעלי נבחרה רשימה גדולה של חלבונים פתורים בעלי

מבנה שונה זה מזהמבנה שונה זה מזה10%10%מהרשימה נשמרים בתור סט מבחן מהרשימה נשמרים בתור סט מבחן מעבירים את סט המבחן את כל התהליך ולבסוף מעבירים את סט המבחן את כל התהליך ולבסוף

משווים עם המבנה הידוע ומשיבים פידבק לרשת משווים עם המבנה הידוע ומשיבים פידבק לרשת עוצרים את האימון כאשר החיזוי של סט המבחן עוצרים את האימון כאשר החיזוי של סט המבחן

מתחיל לרדת באיכותומתחיל לרדת באיכותו

Page 26: חיזוי מבנה חלבונים

2626

PSIPREDPSIPRED

רשת הנוירונים הראשונה:רשת הנוירונים הראשונה: תאים כאשר תאים כאשר 300300==2020**1515שכבת קלט בגודל שכבת קלט בגודל

PSSMPSSMת הת הלכל אחת מוכנס הווקטור מטבללכל אחת מוכנס הווקטור מטבל תאים תאים7575שכבה נסתרת בגודל שכבה נסתרת בגודל תא עבור כל מבנה – תא עבור כל מבנה 33ט בגודל ט בגודל פלפלשכבת שכבת –

ובכל אחד מקבלים ובכל אחד מקבלים ((helix, strand, loophelix, strand, loop ) )אפשריאפשריאת הסבירות למבנה זהאת הסבירות למבנה זה

Page 27: חיזוי מבנה חלבונים

2727

PSIPREDPSIPRED

רשת נוירונים שניה משמשת לסינון התוצאותרשת נוירונים שניה משמשת לסינון התוצאותיוצרת רצף דומיינים הגיוני מהתוצאות הקודמותיוצרת רצף דומיינים הגיוני מהתוצאות הקודמות-תאים עבור כל חומצה אמינית תאים עבור כל חומצה אמינית 33 תאים: תאים: 4545קלט-קלט

ברצףברצף תאים תאים6060שכבה נסתרת של שכבה נסתרת של -תאים המסמנים את הסבירות לקבל כל תאים המסמנים את הסבירות לקבל כל 33פלט-פלט

דומיין דומיין כאן נבחר את הדומיין עם הסבירות הגבוהה ביותרכאן נבחר את הדומיין עם הסבירות הגבוהה ביותר

Page 28: חיזוי מבנה חלבונים

2828

PSIPREDPSIPRED מדד מדדQQ33כאשר משווים את הפלט למבנה האמיתי: כאשר משווים את הפלט למבנה האמיתי :

( ( 33בכמה אותיות שתי המילים )עם א"ב בגודל בכמה אותיות שתי המילים )עם א"ב בגודל סופרים סופרים זהות מתוך כלל האותיותזהות מתוך כלל האותיות

HHHHSSLLLLSSSSSHHHHHLL

HHHSSSSLLLLSSSSHHHHLLL

Q3=18/22=82%

ללPSIPREDPSIPRED ציון ציון QQ33בעוד לשיטות בעוד לשיטות 76%76% ממוצע של ממוצע של מקובלות אחרות יש ציונים נמוכים במעטמקובלות אחרות יש ציונים נמוכים במעט

Page 29: חיזוי מבנה חלבונים

2929

תוצאותתוצאות

Rost R & Eyrich VA, EVA: large-scale analysis of secondary structure prediction

Page 30: חיזוי מבנה חלבונים

3030

חסרונות השיטהחסרונות השיטה

כיוון שמשתמשים ברשת נוירונים עם שכבת כיוון שמשתמשים ברשת נוירונים עם שכבתקלט גדולה כ"כ לא ניתן ללמוד על התכונות קלט גדולה כ"כ לא ניתן ללמוד על התכונות

הפיזיקליות שמביאות לקיפול מסויםהפיזיקליות שמביאות לקיפול מסוים

Page 31: חיזוי מבנה חלבונים

3131

מבנה מבנה שלישונישלישוני

Page 32: חיזוי מבנה חלבונים

3232

??מהו מבנה שלישונימהו מבנה שלישוניבהנתן חלבון אנו רוצים למצוא עבור כל אטום

בו את מיקומו במרחב התלת מימדי

Page 33: חיזוי מבנה חלבונים

3333

הבעיה החישוביתהבעיה החישובית

ח"א ידועות, ידועים גם ח"א ידועות, ידועים גם nnנתון: חלבון באורך נתון: חלבון באורך הקשרים האפשריים בין אטומים ורמת הקשרים האפשריים בין אטומים ורמת

האנרגיה שלהם.האנרגיה שלהם.

פלט: מיקום כל אטום במרחב התלת-מימדי פלט: מיקום כל אטום במרחב התלת-מימדי כאשר האנרגיה החופשית היא מינימלית.כאשר האנרגיה החופשית היא מינימלית.

Page 34: חיזוי מבנה חלבונים

3434

קשהקשה

גם אם נניח שהבעיה בדידהגם אם נניח שהבעיה בדידהמציאת המציאת הbackbonebackbone קשה מאוד כיוון שיש מספר קשה מאוד כיוון שיש מספר

רב של סידורים מרחביים לכל חומצה אמיניתרב של סידורים מרחביים לכל חומצה אמינית מציאת המיקום של השיירים קשה גם באותה מציאת המיקום של השיירים קשה גם באותה

מידה מידה

פתרון אפשרי:

שימוש בידע מוקדם

Page 35: חיזוי מבנה חלבונים

3535

חיזוי מבנה חלבוניםחיזוי מבנה חלבונים

גישות: גישות:33דרכי החיזוי מתחלקות לדרכי החיזוי מתחלקות לעם מבנה עם מבנה חיזוי מבנה חלבונים בעלי הומולוגיםחיזוי מבנה חלבונים בעלי הומולוגים

פתורפתור עם דמיון מבני לחלבון עם דמיון מבני לחלבון חיזוי מבנה חלבונים חיזוי מבנה חלבונים

פתורפתור דמיון כלשהו למבנה פתורדמיון כלשהו למבנה פתורחיזוי מבנה ללא חיזוי מבנה ללא

( ( ab initio predictionab initio prediction((

Page 36: חיזוי מבנה חלבונים

3636

חיזוי בעזרת הומולוגיהחיזוי בעזרת הומולוגיה

בצורה הנאיבית אם יש לחלבון חלבון אחר בצורה הנאיבית אם יש לחלבון חלבון אחרשדומה לו מאוד המבנה שלהם זההשדומה לו מאוד המבנה שלהם זהה

לאחר שמצאנו את ההומולוג ניתן לכוונן את לאחר שמצאנו את ההומולוג ניתן לכוונן אתהמבנה למבנה האמיתיהמבנה למבנה האמיתי

Page 37: חיזוי מבנה חלבונים

3737

חיזוי בעזרת דמיון מבניחיזוי בעזרת דמיון מבני

לפעמים לא ניתן למצוא חלבון )פתור( עם לפעמים לא ניתן למצוא חלבון )פתור( עםדמיון רצפי משמעותי לחלבון המטרהדמיון רצפי משמעותי לחלבון המטרה

חלבונים עם דמיון מבני לחלבון המטרה קיימים חלבונים עם דמיון מבני לחלבון המטרה קיימיםונמצאים במאגרונמצאים במאגר

ThreadingThreadingבין חלבון למבנה בין חלבון למבנה - מציאת התאמה- מציאת התאמה מוצע מוצע

Page 38: חיזוי מבנה חלבונים

3838

חיזוי בעזרת דמיון מבניחיזוי בעזרת דמיון מבני

GenTHREADER: An Efficient and GenTHREADER: An Efficient and Reliable Protein Fold Recognition Reliable Protein Fold Recognition Method for Genomic SequencesMethod for Genomic Sequences

Jones DTJones DTJ Mol Biol (1999)J Mol Biol (1999)

Page 39: חיזוי מבנה חלבונים

3939

GenTHREADERGenTHREADER

השיטה מחשבת התאמה של חלבון למבנה של השיטה מחשבת התאמה של חלבון למבנה שלחלבון אחר חלבון אחר

תחילה מחשבים פרמטרים שונים המשווים בין תחילה מחשבים פרמטרים שונים המשווים ביןחלבון המטרה לחלבון התבנית אותו בוחניםחלבון המטרה לחלבון התבנית אותו בוחנים

פרמטרים אלו מוזנים לרשת נוירונים ומידת פרמטרים אלו מוזנים לרשת נוירונים ומידתההתאמה שלהם מתקבלתההתאמה שלהם מתקבלת

מידת ההתאמה בין חלבון המטרה למבנה של מידת ההתאמה בין חלבון המטרה למבנה שלחלבון התבנית יוצאת כפלטחלבון התבנית יוצאת כפלט

Page 40: חיזוי מבנה חלבונים

4040

GenTHREADERGenTHREADER

Page 41: חיזוי מבנה חלבונים

4141

GenTHREADERGenTHREADER

מחשבת: מחשבת:GenTHREADERGenTHREADERהפרמטרים אותם הפרמטרים אותם התאמה רצפית בין החלבוניםהתאמה רצפית בין החלבונים הערכת אנרגיה לכל זוג חומצות במבנה הערכת אנרגיה לכל זוג חומצות במבנה הערכת אנרגית קבירה )חוזק קשרים הערכת אנרגית קבירה )חוזק קשרים

הידרופוביים( לכל שיירהידרופוביים( לכל שייר

Page 42: חיזוי מבנה חלבונים

4242

GenTHREADERGenTHREADER

ניקוד התאמת הרצף:ניקוד התאמת הרצף: ע"מ להגדיר טוב יותר את פרופיל חלבון ע"מ להגדיר טוב יותר את פרופיל חלבון

התבנית מוצאים לו חלבונים הומולוגיםהתבנית מוצאים לו חלבונים הומולוגים עם רשימה זו מבצעים עם רשימה זו מבצעיםmultiple sequence multiple sequence

alignmentalignment ישנם כמה שיטות לצורך זה, אין העדפה ישנם כמה שיטות לצורך זה, אין העדפה

משמעותית של אחת ע"ג השניהמשמעותית של אחת ע"ג השניהעם תוצאה זו אנו משווים את חלבון המטרהעם תוצאה זו אנו משווים את חלבון המטרה

Page 43: חיזוי מבנה חלבונים

4343

GenTHREADERGenTHREADER

חישוב אנרגיה לזוג ח"א:חישוב אנרגיה לזוג ח"א: את אנרגית הזוג ניתן להעריך בשיטות את אנרגית הזוג ניתן להעריך בשיטות

סטטיסטיות – איסוף מידע על מרחק פיזי בין סטטיסטיות – איסוף מידע על מרחק פיזי בין ח"א שונות במרחקים שונים ברצףח"א שונות במרחקים שונים ברצף

כאן משתמשים במידע זה להעריך את הסבירות כאן משתמשים במידע זה להעריך את הסבירותשזוג ח"א אכן נמצאות במרחק פיזי נתוןשזוג ח"א אכן נמצאות במרחק פיזי נתון

בעזרת שימוש במשוואת בולצמן מקבלים בעזרת שימוש במשוואת בולצמן מקבליםאנרגיה חופשיתאנרגיה חופשית

Page 44: חיזוי מבנה חלבונים

4444

GenTHREADERGenTHREADER

Jones DT )1992( Nature 358,87

המרחק האטומי בין שתי ח"א אלאנין , לעומת 3שהמרחק ביניהן ברצף הוא

האנרגיה הפוטנציאלית

המרחק האטומי בין שתי ח"א ציסטאין ומעלה, 30שהמרחק ביניהן ברצף הוא

לעומת האנרגיה הפוטנציאלית

מרחק )אנגסטרם(

פוטנציאל α-helix β-strand

Disulphide bridge

Page 45: חיזוי מבנה חלבונים

4545

GenTHREADERGenTHREADER

עבור כל ח"א נאספו נתונים עבור סבירות עבור כל ח"א נאספו נתונים עבור סבירותהחומצה להיות בליבת החלבון או במעטפתהחומצה להיות בליבת החלבון או במעטפת

פוטנציאל הקבירה מחושב לכל שייר לפי פוטנציאל הקבירה מחושב לכל שייר לפיסבירות השייר המסוים להיות בדרגת הקבירה סבירות השייר המסוים להיות בדרגת הקבירה

המוצעת במבנההמוצעת במבנה פוטנציאל זה מנורמל ע"י הסבירות הכללית פוטנציאל זה מנורמל ע"י הסבירות הכללית

לרמת קבירה זו ומתורגם לאנרגיה ע"י משוואת לרמת קבירה זו ומתורגם לאנרגיה ע"י משוואת בולצמןבולצמן

Page 46: חיזוי מבנה חלבונים

4646

GenTHREADERGenTHREADER

הקלט של רשת הנוירונים:הקלט של רשת הנוירונים:סכום אנרגיות הזוגסכום אנרגיות הזוגסכום אנרגיות ממססכום אנרגיות ממסציון התאמת רצףציון התאמת רצףאורך התאמת הרצףאורך התאמת הרצףאורך החלבון האחדאורך החלבון האחדאורך החלבון השניאורך החלבון השני

[[0,10,1]]ערכים אלו מנורמלים לסולם ערכים אלו מנורמלים לסולם

Page 47: חיזוי מבנה חלבונים

4747

GenTHREADERGenTHREADER

מבנה רשת הנוירונים:מבנה רשת הנוירונים: :תאים עבור הערכים שהצגנו תאים עבור הערכים שהצגנו 66שכבת הקלט: שכבת הקלט שכבה נסתרת של שישה תאיםשכבה נסתרת של שישה תאים :תאים המציינים את הסבירות תאים המציינים את הסבירות 22שכבת הפלט: שכבת הפלט

של החלבון להיות או לא להיות מתאים למבנה של החלבון להיות או לא להיות מתאים למבנה המוצעהמוצע

Page 48: חיזוי מבנה חלבונים

4848

תוצאותתוצאות

השרת הורץ על סט מבחן שהוצע ע"י השרת הורץ על סט מבחן שהוצע ע"יFischer Fischer et et alal..

צמדי חלבונים כאשר הדמיון צמדי חלבונים כאשר הדמיון 6868הסט מכיל הסט מכיל המבני ביניהם גבוה והדמיון הרצפי נמוךהמבני ביניהם גבוה והדמיון הרצפי נמוך

73.5%73.5%השרת הריץ אחד מכל זוג ודרג ב השרת הריץ אחד מכל זוג ודרג ב מהמקרים את בן הזוג כבעל המבנה הדומה מהמקרים את בן הזוג כבעל המבנה הדומה

ביותרביותר יתרון נוסף של השיטה הוא היכולת לציין אם יתרון נוסף של השיטה הוא היכולת לציין אם

99%99%החיזוי טוב או לא, התאמות בודאות של החיזוי טוב או לא, התאמות בודאות של ומעלה נלקחו כתוצאות אמתומעלה נלקחו כתוצאות אמת

Page 49: חיזוי מבנה חלבונים

4949

שימוש בשימוש בGenTHREADERGenTHREADER

כיוון ש כיוון שGenTHREADERGenTHREADER עובד ללא התערבות עובד ללא התערבות אדם ניתן להריץ אותו על גנום שלםאדם ניתן להריץ אותו על גנום שלם

Mycoplasma genitaliumMycoplasma genitalium נבחר להרצה בעל נבחר להרצה בעלORFORF 468468הגנום הבקטריאלי הקטן ביותר – הגנום הבקטריאלי הקטן ביותר –

Page 50: חיזוי מבנה חלבונים

5050

שימוש בשימוש בGenTHREADERGenTHREADER

Page 51: חיזוי מבנה חלבונים

5151

שימוש בשימוש בGenTHREADERGenTHREADER

ORFORF לא ידוע נמצא לא ידוע נמצא ופועל ופועל DNADNAכקושר כקושר

בתור דימרבתור דימר באזור הקושר באזור הקושרDNADNA

יש התאמה גבוהה יש התאמה גבוהה DNADNAלאתר קושר לאתר קושר

1HUE1HUEבחלבון בחלבון

Page 52: חיזוי מבנה חלבונים

5252

תודה רבהתודה רבה