1164 BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 4 Prof. Dr. Valmir Fadel

Transcrição

1 Apesar da grande quantidade de seqüências determinadas ( seqüências e transcrições no UniProtKB/TrEMBL em 06/03/2007) a quantidade de estruturas tridimensionais determinadas é significativamente menor ( no PDB em 15/03/2007). O problema de determinar a estrutura tridimensional partindo de uma seqüência conhecida (folding problem) é portanto a chave do desenvolvimento da biologia pos-genômica.

2 Homologia : similaridade de estrutura, fisiologia, desenvolvimento e evolução de organismos baseados em fatores genéticos comuns: Evolução de um ancestral comum.

3 homologia Analogia (evolução convergente)

4 Enterotoxin (1lts-d) é estruturalmente similar à todas as outras proteínas mostrada na figura. A similaridade estrutural com a toxina cholera (1chp-d) é homologamente próxima uma vez que a similaridade estrutura/função é acompanhada por uma alta identidade sequencial (80%). A segunda similaridade estrutural com a toxina toxic shock syndrome (TSS; 1tss) funcional, mas com insignificante similaridade sequencial (8.8%) e são então classificada como homologas remotas. A terceira similaridade estrutural com um domínio da aminoacyl trna synthetase (1krs) não é acompanhada nem por significante similaridade seqüencial (4.4%) nem por similaridade funcional sendo então classificadas como analogas. Recognition of analogous and homologous protein folds: Analysis of sequence and structure conservation. RB Russell, MAS Saqi, RA Sayle,PA Bates & MJE Sternberg J. Mol. Biol. 269, , 1997.

5 Homologia pode ser identificada através de similaridades estatisticamente significantes e a similaridade seqüencial é a mais evidente em proteínas. Usualmente homologia implica em similaridade funcional em diferentes organismos (ortologos) mas existem exceções. Pela evolução uma proteína pode adquirir novas funções como, por exemplo uma proteína que tem funções estrutural na cristalino que é homologamente relacionada com a enzima lactase dhidrogenase (parologos). Duas proteínas são passíveis de serem homólogas de se compartilham uma alta identidade seqüencial, ou seja, resíduos de aminoácidos idênticos em posições seqüenciais (>30%) embora a homologia possa ser identificada por similaridade estrutural mesmo quando a identidade seqüencial é baixa.

6 Proteínas homologas compartilham um núcleo estruturalmente conservado, mesmo em proteínas com homologia distante, composto geralmente por estruturas secundárias. Regiões variáveis que conectam estas estruturas secundárias variam consideravelmente em tamanho e forma. Hemoglobina canina superposta à hemoglobina humana (branca). Vê-se a ajuste das estruturas secundárias para compensar diferenças na seqüência. Fosfolipase A2 suina e bobina superpostas onde se vê a conservação do núcleo a pequenos ajustes nas alças.

7 O problema de determinar uma estrutura por homologia consiste basicamente em determinar a forma destes loops e a posição das cadeias laterais após ajustar o núcleo.

8 Loops não apresentam estruturas completamente aleatórias sendo dependente do número de resíduos que o compõe e quais elementos ele conecta. Sítios de ligação de antígenos (alças) em imunoglobinas. 1ª linha: modelados. 2ª linhas: experimental

9 Cadeias laterais tem suas possíveis orientações determinadas por minimização energética enquanto que análise de estruturas conhecidas mostram que poucas conformações ocorrem freqüentemente (rotâmeros).

10 O conhecimento das regras de empacotamento das estruturas secundárias gerando um limitado número de possíveis empacotamentos fazem com que a predição das estruturas secundárias seja atualmente a chave da predição da estrutura terciária. O problema da predição das estruturas secundárias é que a sua formação e interligada com a estrutura terciária. Por outro lado co conhecimento do tipo de domínios existentes pode facilitar a predição das estruturas secundarias. Diferentes métodos de predição de estruturas secundarias, baseados em critérios empíricos ou em critérios estereoquimicos, podem apresentar precisão de ate 75%.

11 Alinhamento de seqüências Objetivos: Medir a similaridade Determinar a relação resíduo-resíduo Observar padrões de conservação e variabilidade Inferir relações evolucionárias Pesquisar bancos de dados

12 Um alinhamento (resultado): Fosfolipase porcina e bovina CLUSTAL W (1.83) multiple sequence alignment 1P2P PDBID CHAIN SEQUENCE ALWQFRSMIKCAIPGSHPLMDFNNYGCYCGLGGSGTPVDELDR 43 2BP2 PDBID CHAIN SEQUENCE EAGLNSRALWQFNGMIKCKIPSSEPLLDFNNYGCYCGLGGSGTPVDDLDR 50 *****..**** **.*.**:*******************:*** 1P2P PDBID CHAIN SEQUENCE CCETHDNCYRDAKNLDSCKFLVDNPYTESYSYSCSNTEITCNSKNNACEA 93 2BP2 PDBID CHAIN SEQUENCE CCQTHDNCYKQAKKLDSCKVLVDNPYTNNYSYSCSNNEITCSSENNACEA 100 **:******::**:*****.*******:.*******.****.*:****** 1P2P PDBID CHAIN SEQUENCE FICNCDRNAAICFSKAPYNKEHKNLDTKKYC 124 2BP2 PDBID CHAIN SEQUENCE FICNCDRNAAICFSKVPYNKEHKNLD-KKNC 130 ***************.********** ** * * Resíduos idênticos - : resíduos conservados -. Resíduos semi-conservados

13 Outro alinhamento (resultado): Subtisilina e chimotripsina CLUSTAL W (1.83) multiple sequence alignment 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE GPYGVSQIKAPALHSQGYTGSNVKVAVIDSGIDSSHPALKVAGGASFVPS 50 2CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE --CGVPAIQP------VLSGLXXIVNGEEAVPGSWPWQVSLQDKTGFHFC 42 **. *:. :* * ::.* :.:. :.*. 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE ETNPFQDNNSHGTHVAGTVLAVAPSASLYAVKVLGADGSGQYSWIINGIE 100 2CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE GGSLINEN WVVTAAHCGVTTSDVVVAGEFDQGSSSEKIQKLK 84. :::*.* *...: * * *..*. * *: :: 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE WAIAN-NMDVINMSLGGPSGSAALKAAVDKAVASGVVVVAAAGNEGTSGS 149 2CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE IAKVFKNSKYNSLTINNDITLLKLSTAASFSQTVSAVCLPSASDDFAAGT 134 *. *..:::.. *.:*.. : :..* :.:*.:: ::*: 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE SSTVGYPGKYPSVIAVGAVDSSNQRASFSSVGPELDVMAPGVSIWSTLPG 199 2CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE TCVT TGWGLTRYXXANTPDRLQQASLPLLSNTNCKKYWGTKIK 177 :... :.: :* :... * :. *.* 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE NKYGAKSGTCMASPHVAGAAALILSKHPNWTNTQVRSSLENTTTKLGDSF 249 2CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE DAMICAGASGVSSCMGDSGGPLVCKKNGAWTLVGIVSWGSSTCSTSTPGV 227 :...: ::*...*:.*: **. : *..* :... 1GNS_A PDBID CHAIN SEQUENCE YYG-KGLINVEAAAQ CHA_A PDBID CHAIN SEQUENCE YARVTALVNWVQQTLAAN 245 *..*:* :