Топология и архитектура

2. Топология и архитектура

3. Белки имеют одинаковую топологию если основныеэлементы вторичной структуры расположены в последовательности в одном и том же порядке и взаимное расположение этих элементов в пространстве сходно. Топологияэто описание последовательности элементов вторичной структуры и их взаимного расположения в пространстве Термины “укладка” (folding) и “топология” (topology) обычно трактуются как синонимы

4. Слово “основные” в определении одинаковой топологии существенно, хотя и может трактоваться по разному …

5. Каталаза (C-концевой домен) Флаводоксин Пример одинаковой топологии

6. Вторичная структура C-концевого домена Каталазы 1CFG Вторичная структурафлаводоксина 1AG9

7. Выравнивание элементов вторичной структуры S4 H2 S5 - S1 S2 S3 H2 S2 H1 S1 -H1 – | | | | | | | | | S4 H2 S5 h1 -- S3 H2 S2 H1 S1 S1’ H1 h1

8. Архитектураэто описание взаимного расположения в пространстве элементов вторичной структуры без учета их последовательности в полипептидной цепи Т.о., белки с одинаковой топологией (укладкой) имеют одинаковую архитектуру, по определению. Обратное не верно!

9. Примеры Архитектура – пучек 4х параллельных спиралей Топология пучка параллельных спиралей б.м. адекватно может быть отражена диаграммой TOPS Диаграмма TOPS Диаграмма TOPS

10. Два бета-листа (см.ниже) имеют одинаковую архитектуру, но разную топологию

11. К сожалению, на сегодня отсутствуют адекватные универсальные способы описания топологии … Поэтому остается большой произвол в трактовке того, какие топологии встречаются в белках, сколько разных топологий и т.п. В отличие от сравнительной однозначности в трактовке элементов вторичной структуры разными авторами и программами!

12. Примеры описания топологии.TOPS На самом деле, у этих белков сходная топология

13. Примеры укладок, архитектур

14. Протимозин альфа Не имеет постоянной структуры!

15. Эмпирический принцип Уместно повторить: Гомологичные участки последовательности => одинаково расположенные участки полипептидной цепи • Обратное не верно! Как соотносится принцип с примером???

16. Белки, не имеющие постоянной формы(Intrinsically unstructured proteins) Peter Tompa and Peter Csermely FASEB J 18: 1169-75 (2004) (См. также презентацию на kodomo)

17. Примеры, частые в глобулярных белках • Бета-сэндвич (sandwich) • Бета-баррель (barrel) • Рулет (jelly roll) – по существу, сэндвич, содержащий мотив “рулет” • Бета-спираль (beta-helix) • 3х (4х) спиральный узел (3helical bundle) • Пучек спиралей (parrallel helical bundles) • Спирализованная спираль • Альфа-бета цилиндр (TIM barrel) • Укладка Россмана (Rossman fold)

18. Бета-сэндвичиядро образовано двумя примерно параллельными бета листами Параллельный Ортогональный Характерный мотив – интерлок; часто также греческий ключ.

19. Бета-баррель Бочонок, образованный бета-тяжами. Ядро образовано единым бета листом, свернутым примерно в цилиндр. В ряде примеров “дифференциальный диагноз” с сэндвичем затруднен Мальтопорин. Порины - трансмембранные белки внешней мембраны грам-отрицательных бактерий Преальбумин

20. BIFUNCTIONAL PROTEIN (ACTS AS BIOTIN OPERON REPRESSOR AND BIOTIN HOLOENZYME SYNTHETASE) 1BIA Тоже аннотирован как бета-баррель

22. Бета-рулет Сэндвич-подобная архитектура. Укладка – на основе мотива Jelly roll

24. 1timtriose phosphate isomerase TIM barrel

26. Укладка Россмана: бета-лист, окруженный альфа-спиралями с двух сторон. Основана на элементах бета-альфа-бета.

27. Бета-пропеллер2batneuraminidase This fold is called a beta propellor; there are six 'blades' in neuraminidase

28. Бета-пропеллер (2bat)

29. 2mhr

30. Альфа-бета подковаplacental ribonuclease inhibitor 1bnh

31. Структурная классификация доменов • SCOP (Murzin, Benner, Hubbard, Chotia, 1995) • CATH (Orengo et al., 1993, 1997) • FSSP (Holm&Sander, 1993) • другие

32. Structural Classification of Proteins, SCOP • Экспертное выделение доменов • Экспертная классификация

33. Уровни классификации в SCOP • 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

35. Alpha+Beta (279) All alpha (218) All Beta (144) Alpha/Beta (136) Immunoglobulin-like (23) Trypsin-like serine proteases (1) Transglutaminase (1) Immunoglobulin (6) C1 set domains (antibody constant) V set domains (antibody variable) SCOP: Structural Classification of Proteins top CLASS FOLD SUPERFAMILY FAMILY By Michael Schroeder, Biotec,

36. Классы Основные • Альфа-спиральные домены (218укладок) • Бета-структурные домены (144) • Альфа/бета структурные домены (a/b) (136) (бета-альфа-бета структурные единицы) • Альфа+бета домены (a+b) (279) (разделенные альфа спиральные и бета-структурные области)

37. Класс: альфа-спиральныйУкладка: цитохром С Цитохром С 553 из BACILLUS PASTEURII (1c75)

38. Класс: бета-структурныйУкладка: OB-fold Белок, связывающий одноцепочечную ДНК (3ull)

39. Разница между a/b и a+b • a/b:- Спирали и тяжи вместе • образуют глобулу • Часто спираль соединяет дватяжа как показано на рис. ниже(бета-альфа-бета мотив) 1TPH Triosephosphate isomerase from Chicken (Gallus gallus) 1TPH

40. Разница между a+b и a/b a+b:- Спирали и тяжи более или менее разобщены - Часто спирали образуют свое маленькое ядро - Мотивы -- встречаются редко 2ACT. ACTINIDIN (SULFHYDRYL PROTEINASE)

41. Формально собранные классы Специфические • Многодоменные белки (46) (сложные домены) • Мембранные (47) (кроме белков иммунной системы) • Маленькие (75) Спирализованные спирали (6) Низкое разрешение (24) Пептиды, фрагменты (116) Искусственные белки (42)

42. Маленьким для стабильности нужны дополнительные ухищрения!

43. Инсулин-подобный фактор роста (human) (1imx) S-S мостики показаны зеленым Цинковые пальцы C2H2 (mouse) (1ali) Атомы Zn – пурпурные шарики

44. SCOP: Structural Classification of Proteins. 1.75 release38221 PDB Entries (23 Feb 2009). 110800 Domains.

46. Class Architecture Topology Homologous superfamily, CATH • Белок делится на домены автоматически при • согласованных результатах трех алгоритмов: • –DETECTIVE (Swindells, 1995), • –PUU (Holm & Sander, 1994) • –DOMAK (Siddiqui and Barton, 1995). • При несовпадении результатов алгоритмов – решение о доменах за экспертом

47. Первичная классификация автоматическая (алгоритм SSAP, Taylor & Orengo 1989).При отказах программы решение принимает эксперт

48. CATH: уровни классификации • Класс: основные all-alpha,all-beta, alpha-beta • Архитектура: сходное пространственное расположение элементов вторичной структуры без учета ихпоследовательности • Топология (укладка): сходное взаимное расположение вдоль цепи и в пространстве элементов вторичной структуры • Суперсемейство: предположительно или несомненно гомологичные домены • Семейство: сходные последовательности (>35% identity и выровненные участки покрывают >60% длины)

50. В каждой структурной классификации – свои “причуды” CATH: два (?!!!) “домена” (?!!!) (красный и зеленый) в структуре токсина перфринголизин О изпатогенной бакетрии Clostridium Perfringens (PDB код 1PFO) Two-layer sandwich (?!) Вот что может автоматика ?! (В базе SCOP это один домен)