Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Analisi e predizione delle caratteristiche biochimiche delle proteine
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Caratteristiche biochimiche predicibili
FUNZIONALI
CHIMICO-FISICHE
STRUTTURALI
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Caratteristiche funzionali predicibili
• “Traducibilità”• Destinazione ai compartimenti cellulari • Turnover • Modificazioni post-traduzionali• Siti catalitici• Legami a coenzimi/metalli• Legami a DNA o proteine
Presenza di “motivi” o “segnali”
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
“Motivi/Segnali” nelle sequenze di proteine
Una porzione limitata e circa contigua nella sequenza la cui presenza o conservazione dipende da ragioni funzionali o strutturali
:=
Motivo di sequenza
La presenza di un motivo in proteine diverse può derivare da omologia o da convergenza funzionale
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Descrizioni di motivi C2H2 Zinc finger
Sequence patternSequence logo
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Prosite patterns
Intorno della serina catalitica delle proteasi trypsin-likeG-D-S-G-G
Legame al piridossal-fosfato delle fosforilasiE-A-[SC]-G-x-[GS]-x-M-K-x(2)-[LM]-N
Zinc FingerC-x(2,4)-C-x(3)-[LIVMFYWC]-x(8)-H-x(3,5)-H
N-GlicosilazioneN-{P}-[ST]-{P}
Homeobox domain[LIVMFYG]-[ASLVR]-x(2)-[LIVMSTACN]-x-[LIVM]-x(4)-[LIV]- [RKNQESTAIY]-[LIVFSTNKH]-W-[FYVC]-x-[NDQTAH]-x(5)-
[RKNAIMW]
http://www.expasy.ch/prosite/
http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Motivi di sequenza nella banca dati ProSite
Descrizione del motivo con un “pattern” di sequenza.
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Come si costruisce un pattern prosite
[RK]-G-{EDRKHPCG}-[AGSCI]-[FY]-[LIVA]-x-[FYM]
RNA Recognition Motif (RRM) RNP-1
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
La presenza di un motivo può essere casuale
Motivi possono ricorrere nelle proteine per effetto del caso, senza determinare una data proprietà funzionale.
Più il motivo è corto e ambiguo, maggiori sono le probabilità di occorrenza casuale
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Ricerca di motivi con Scanprosite
Ricerca motivi contenuti un una sequenzaRicerca sequenze contenenti un motivo
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Localizzazione cellulare: via secretoria
Segnali per lavia secretoria
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Peptidi segnale
Alanine 1.8 Arginine -4.5 Asparagine -3.5 Aspartic acid -3.5 Cysteine 2.5 Glutamine -3.5 Glutamic acid -3.5 Glycine -0.4 Histidine -3.2 Isoleucine 4.5 Leucine 3.8 Lysine -3.9 Methionine 1.9 Phenylalanine 2.8 Proline -1.6 Serine -0.8 Threonine -0.7 Tryptophan -0.9 Tyrosine -1.3 Valine 4.2
Idrofobicità (scala Kyte-Doolittle)
Plot di idrofobicità
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Descrizione più accurata dei peptidi segnale
Regione con amino acidi carichi positivamente
Regione con aminoacidi idrofobici
Sito di taglio: gli amino acidi -1 e - 3 sonopiccoli e non carichi (regola di von Heijne)
20 - 40 aa
-3 -1
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Predizione di peptidi segnale: SignalPC-score (raw cleavage site score)
S-score (signal peptide score)
Y-score (combined cleavage site score)
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Segnali della via secretoria
Ingresso nella via secretoria: peptide segnale o eliche transmembrana
Reticolo endoplasmico: alcune proteine sono trattenute nel reticolo in presenza di un segnale di retenzione: KDEL o HDEL nella porzione carbossi-terminale
Extra-cellula: nessun (altro) segnale
Via secretoria
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Subcellular protein sorting: via citoplasmatica
Segnali per localizzazione subcellulare
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Segnali della via citoplasmatica
Mitocondrio: un segnale (spesso bipartito) all’N-terminale non chiaramente identificabile con un consenso
Cloroplasto: un segnale (spesso bipartito) all’N-terminale. I primi 30 aa sono ricchi in Ser e Ala. Il secondo residuo è spesso Ser
Perossisoma: due tipi di segnali di localizzazione (PTS). PTS1 è un segnale C-terminale con un consenso [SAC][KRH]L. PTS2 è un segnale N-terminale con consenso: [RK][LI]X(5)[HQ]L
Nucleo: nuclear localisation signal (NLS) all'interno della sequenza. due regole: 1) ‘pat4’: [KR](4) o [KR](3)[PH]; 2) ‘pat7’ PX(1,2)[KR](3,4). Alcune proteine entrano nel nucleo per cotrasporto con altre proteine che hanno un NLS.
Citoplasma: nessun segnale
Via citoplasmatica
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Predizione della localizzazione delle Proteine: Psort Nakai, K. and Kanehisa, M
Psort è un sistema che valuta un insieme di regole per predire il destino cellulare delle proteine. Le regole sono differenti per procarioti ed eucarioti (divisi in animali e piante).
http://psort.nibb.ac.jp/
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Predizione delle modificazioni delle proteine
FOSFORILAZIONEGLICOSILAZIONEUBIQUITINAZIONEACILAZIONE
PRENILAZIONE
SULFATAZIONE
SUMOILAZIONE
...
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Fosforilazione
[RK](2)-x-[ST] cGMP-dependent protein kinase
[ST]-x-[RK] protein kinase C
[RK]-x(2)-[DE]-x(2,3)-Y Tyrosine kinase phosphorylation site
Prosite patterns
fosfoserina fosfotreonina fosfotirosina
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Glicosilazione
Prosite pattern: N-{P}-[ST]-{P}
Prosite pattern: S-G-X-G per i proteoglicani
Glicosilazione all'O Glicosilazione all'N
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Sequenze PEST: predizione vita media delle proteine
Le proteine a vita media corta t1/2
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Caratteristiche chimico-fisiche predicibili
• Composizione
• Peso molecolare
• Punto isoelettrico
• Coefficiente di estinzione
• Regioni a bassa complessità
• Regioni ripetute
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Caratteristiche fisico-chimiche
ProtParam
Data una proteina a sequenza nota è possibile calcolare:
Peso molecolare (Mw): somma dei peso molecolare dei
singoli aa
Composizione in aminoacidi: frequenza di ogni amino acido
Punto isoelettrico (pI): pH al quale la proteina è priva di carica. Corrisponde al pKa del peptide. Calcolato in base al pKa dei singoli aminoacidi
Coefficiente di estinzione (E): permette di calcolare l'assorbimento delle proteine alla lunghezza d'onda di 280 nm. Dipende soprattutto dal numero di triptofani e tirosine.
http://www.expasy.ch/tools/protparam.htmlhttp://www.expasy.ch/tools/protparam.html
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Analisi e predizione di strutture di RNA e proteine
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Strutture primarie, secondarie e terziarie
RNA ProteinePrimaria
Secondaria
Terziaria
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Determinazione sperimentale e predizione delle caratteristiche strutturali
• Struttura secondaria• Accessibilità al solvente• Regioni transmembrana• Struttura tridimensionale (per omologia)
• Cristallografia raggi X• Nuclear Magnetic Resonance• Microscopia elettronica
Struttura tridimensionale
Tecniche sperimentali per la risoluzione della struttura
Caratteristiche strutturali predicibili con mezzi bioinformatici
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Banche dati e strumenti di visualizzazione di strutture
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
PDB
Contiene coordinate tridimensionali di Proteine (14639), complessi DNA-proteine (689) acidi nucleici (1012), determinate con raggi X o NMR
PDB (Protein Data Bank)
http://www.rcsb.org/pdb/
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
PDB (Protein data bank)
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
PDB (Protein data bank)
Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp
Visualizzazione di strutture: RasMolhttp://www.umass.edu/microbio/rasmol/
Software gratuito per la visualizzazione di molecole e macromolecole (DNA, RNA e Proteine)
http://www.umass.edu/microbio/rasmol/