Estrutura de proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Níveis de Estruturas Protéicas
Estrutura do aminoácido
Aminoácidos encontrados em proteínas são isomêros L
Ligações peptídicas e o ângulo omega
Trans: = 180º
Ângulos torsionais e restrições espaciais
Estrutura de proteínas e os ângulos torsionais
Ângulos torsionais e estruturas 2D
Predição da estrutura 2D
• Tipos de predição– Ab initio– Por homologia– Ab initio + homologia
• http://www.expasy.ch/tools/#secondary
– APSSP - Advanced Protein Secondary Structure Prediction Server
– GOR - Garnier et al, 1996– HNN - Hierarchical Neural Network method
(Guermeur, 1997)– Jpred - A consensus method for protein
secondary structure prediction at University of Dundee
– PredictProtein - PHDsec, PHDacc, PHDhtm, PHDtopology, PHDthreader, MaxHom, EvalSec from Columbia University
– PSIpred - Various protein structure prediction methods at Brunel University
– SSpro4 - Secondary structure prediction using bidirectional recurrent neural networks at University of California
Alinhamento de estruturas 2D
A conservação da estrutura 2D é maior do que a da estrutura 1D
3D > 2D > 1D
Permite verificar ancestralidade antiga entre genes
Métodos experimentais de descoberta da estrutura 3D
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Difração de raios-X
• Difração é a técnica mais utilizada – 84% PDB• Apresenta resultado mais preciso do que o NMR• Não pode ser realizada com a proteína em
solução – O problema da Cristalização– Metodologia delicada e complexa
• A técnica mais aplicada e mais rápida exige que se tenha conhecimento de estrutura com enovelamento bastante similar – Refinamento
Cristalização de proteínas
• Técnica complexa
• Nem toda proteína cristaliza
• Condições complexas para a cristalização– Método empírico
• Proteína com diversos sais
Difração de Raios-X
Resolução da Estrutura
Produz-se um mapa de densidades eletrônicas e monta-se o quebra-cabeças
Encaixe das cadeias laterais (sequenciamento)
NMR
• Ressonância nuclear magnética (RNM)
• Permite identificar a posição dos átomos de hidrogênio (prótons)
• Proteínas em solução
• Várias estruturas de mínima energia
Informações sobre o PDBProf. Dr. Francisco Prosdocimi
Protein Data Bank
Banco de dados primário
GenBank X PDB
Novos enovelamentos
Estrutura de um arquivo PDB
• Título TITLE, COMPND, SOURCE, AUTHOR, REMARKS• Estrutura primária DBREF, SEQADV, SEQRES, MODRES• Heteroátomos HET, HETNAM, HETSYN, FORMUL• Estrutura secundária HELIX, SHEET, TURN• Ligações químicas SSBOND, HYDBND, SLTBRG, CYSPEP• Dados cristalográficos CRIST1, ORIGXn, SCALEn, MTRIXn• Coordenadas atômicas MODEL, ATOM, TER, HETATM
• http://www.rcsb.org/pdb/ 3H1V
SCOP
Na internet
• PDB http://www.rcsb.org/pdb/Mais famoso e completo banco de dados de estrutura de proteínas
• Protein explorer http://proteinexplorer.org Programa derivado do RasMol para a visualização de estruturas de proteínas
• SWISS-PDBviewer http://www.expasy.org/spdbv/ Programa para a visualização e análise da estrutura de proteínas. Permite a realização de mutações, alterações em pontes de hidrogênio, ângulos de torção e distâncias entre átomos
Modelagem molecular por homologia
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Modelagem molecular por homologia
Por que utilizar?
Sítios catalíticos
Sítios de interação a drogas
Premissa básica
Seqüência a ser modelada
Seqüências homólogas
Estrutura Tridimensional
??????????????????????????
Homologia
Similaridade
Quando utilizar a modelagem?
• Problema experimentalmente difícil– Proteínas de membrana– Proteínas glicosiladas
• Problema não justifica o investimento necessário para resolver a estrutura experimentalmente
• Último recurso disponível
Como utilizar?
Processo Iterativo
Alternativa Enviar a seqüência para o SWISS-MODEL
Swiss-Model
http://www.expasy.org/swissmod
Modeller
Modelagem por satisfação de restrições espaciais
Restrições espaciais obtidas de métodos empíricos
Banco de dados com alinhamentos de 416 proteínas de 105 famílias diferentes
Distâncias entre átomossão expressas em funções densidade de probabilidade
Modeller
Ramachandran
Verificação da adequação do modelo
Obediência das restrições espaciais
Ângulos phi e psi permitidos
CASP
• Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction
• “Competição” para verificar o melhor software de predição de estrutura 3D de proteínas
• Proteínas de estruturaresolvida recentemente sãodadas a bioinformatas
• A predição mais precisa ganhaa “competição”
• Modeller-based techniques
Na internet Modeller http://salilab.org/modeller/
Um dos programas mais utilizados para a modelagem de proteínas por homologia.
SWISS-MODEL http://www.expasy.org/swissmodPrograma via web para a modelagem de proteínas por homologia.
PROCHECK http://www.biochem.ucl.ac.uk/~roman/procheck/procheck.htmlPrograma que checa a qualidade estereoquímica de uma estrutura de proteína, gerando análises gráficas sobre a geometria espacial da proteína, resíduo por resíduo.
Protein threading
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Premissa?
Muitas vezes a seqüência pode não ser conservada, mas a estrutura sim!
Threading• Criação de modelos descritivos para o enovelamento de
proteínas;– Distância entre resíduos de aminoácidos;– Estrutura secundária dos fragmentos;– Características fisico-químicas de cada resíduo e sua ordem na cadeia;
Libra http://www.ddbj.nig.ac.jp/E-mail/libra/LIBRA_I.htmlPrograma on-line que utiliza threading para encontrar uma seqüência de resíduos de aminoácidos que melhor se adequem a uma estrutura terciária conhecida e vice-versa
ThreaderPrograma de predição da estrutura terciária através do reconhecimento do enovelamento a partir de bibliotecas alternativas
Conclusões
• A descoberta das estruturas das proteínas permite-nos saber como ela realizada sua função molecular
• Predição de ligantes
• Dinâmica molecular para interação com químicos (drogas)
• Bioengenharia de proteínas
Aula Prática
Modelagem de proteínas por homologia utilizando o SWISS-MODELhttp://www.expasy.org/swissmod
Estrutura de um arquivo PDBhttp://www.pdb.ufmg.br http://www.pdb.org
Visualizando um arquivo PDB no Protein Explorerhttp://www.proteinexplorer.org