Estrutura de proteínas

1. Estrutura de proteínas Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

2. Níveis de Estruturas Protéicas

3. Estrutura do aminoácido Aminoácidos encontrados em proteínas são isomêros L

4. Ligações peptídicas e o ângulo omega Trans:  = 180º

5. Ângulos torsionais e restrições espaciais Estrutura de proteínas e os ângulos torsionais

6. Ângulos torsionais e estruturas 2D

7. 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

8. 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

9. Métodos experimentais de descoberta da estrutura 3D Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

10. 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

11. Cristalização de proteínas • Técnica complexa • Nem toda proteína cristaliza • Condições complexas para a cristalização • Método empírico • Proteína com diversos sais

12. Difração de Raios-X

13. Resolução da Estrutura Produz-se um mapa de densidades eletrônicas e monta-se o quebra-cabeças Encaixe das cadeias laterais (sequenciamento)

14. NMR • Ressonância nuclear magnética (RNM) • Permite identificar a posição dos átomos de hidrogênio (prótons) • Proteínas em solução • Várias estruturas de mínima energia

15. Informações sobre o PDB Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

16. Protein Data Bank Banco de dados primário GenBank X PDB

17. Novos enovelamentos

18. Estrutura de um arquivo PDB • TítuloTITLE, COMPND, SOURCE, AUTHOR, REMARKS • Estrutura primáriaDBREF, SEQADV, SEQRES, MODRES • HeteroátomosHET, HETNAM, HETSYN, FORMUL • Estrutura secundáriaHELIX, SHEET, TURN • Ligações químicasSSBOND, HYDBND, SLTBRG, CYSPEP • Dados cristalográficosCRIST1, ORIGXn, SCALEn, MTRIXn • Coordenadas atômicasMODEL, ATOM, TER, HETATM • http://www.rcsb.org/pdb/ 3H1V

19. SCOP

20. Na internet • PDBhttp://www.rcsb.org/pdb/Mais famoso e completo banco de dados de estrutura de proteínas • Protein explorerhttp://proteinexplorer.orgPrograma derivado do RasMol para a visualização de estruturas de proteínas • SWISS-PDBviewerhttp://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

21. Modelagem molecular por homologia Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

22. Modelagem molecular por homologia Por que utilizar?  Sítios catalíticos  Sítios de interação a drogas

23. Premissa básica Seqüência a ser modelada Seqüências homólogas Homologia Similaridade Estrutura Tridimensional ??????????????????????????

24. 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

25. Como utilizar?  Processo Iterativo • AlternativaEnviar a seqüência para o SWISS-MODEL

26. Swiss-Model http://www.expasy.org/swissmod

27. 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

28. Modeller

29. Ramachandran Verificação da adequação do modelo Obediência das restrições espaciais Ângulos phi e psi permitidos

30. 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

31. Na internet • Modellerhttp://salilab.org/modeller/Um dos programas mais utilizados para a modelagem de proteínas por homologia. • SWISS-MODELhttp://www.expasy.org/swissmodPrograma via web para a modelagem de proteínas por homologia.  PROCHECKhttp://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.

32. Protein threading Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

33. Premissa?  Muitas vezes a seqüência pode não ser conservada, mas a estrutura sim!

34. 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;  Librahttp://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

35. 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

36. Aula Prática • Modelagem de proteínas por homologia utilizando o SWISS-MODELhttp://www.expasy.org/swissmod • Estrutura de um arquivo PDBhttp://www.pdb.ufmg.brhttp://www.pdb.org  Visualizando um arquivo PDB no Protein Explorerhttp://www.proteinexplorer.org