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