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 PDB Prof. 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 Homologia Seqüências homólogas Similaridade ????????????? ????????????? Estrutura Tridimensional

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 átomos são 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 estrutura resolvida recentemente são dadas a bioinformatas A predição mais precisa ganha a “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/swissmod Programa via web para a modelagem de proteínas por homologia.  PROCHECK http://www.biochem.ucl.ac.uk/~roman/procheck/procheck.html Programa que checa a qualidade estereoquímica de uma estrutura de proteína, gerando análises gráficas sobre a geometria espacial da proteína, resíduo por resíduo.

Prof. Dr. Francisco Prosdocimi 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.html Programa 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  Threader Programa 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-MODEL http://www.expasy.org/swissmod Estrutura de um arquivo PDB http://www.pdb.ufmg.br http://www.pdb.org  Visualizando um arquivo PDB no Protein Explorer http://www.proteinexplorer.org