por Satisfação de Restrições Espaciais
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por Satisfação de Restrições Espaciais
Modelagem Comparativa (Homologia) por Satisfação de Restrições Espaciais Modeller [Šali & Blundell, 1993] [Šali & Overington, 1994]. 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel PROCURA DO MODELO HOMÓLOGO (TEMPLATE) Pode ser efetuado internamente no programa ou utilizando ferramentas externas como: BLAST, FastA, etc -Procura por moléculas similares, podendo inclusive identificar motifs funcionais. -Fornece os resultados já alinhados. Formato FastA (simplificado): >NOME (ou qualquer outra informação) ASDFGLKH (seqüência primária em letras maiúsculas sem espaços 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Alinhamento Pode ser efetuado internamente no programa ou utilizando ferramentas externas como: BLAST, CLUSTALW, MULTIALIGN, MUSCLE, etc >HNSMT MPDPQDRPDSEPSDASTPPAKKLPAKKAAKKAPARKTPAKKAPAKKTPAKGAKSAPPKPAEAPVSLQQRIETNGQLAAAAKDAAAQAKSTVEGANDALARNASVPAPSHSPVPLIVAVTLSLLALLLIRQLRRR >1LR1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE GSHMSEALKILNNIRTLRAQARESTLETLEEMLEKLEVVVNERREEESAAAAEVEERTRKL >1NI8:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE SEALKILNNIRTLRAQARECTLETLEEMLEKLEVVVNERREEESAA >1OV9:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE SEITKTLLNIRSLRAYARELTIEQLEEALDKLTTVVQERKEAEAEEI Alignment CLUSTAL W (1.83) multiple sequence alignment 1LR1_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE 1NI8_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE 1OV9_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE HNSMT 1HNR__|PDBID|CHAIN|SEQUENCE ------------------HHHHHHHHHHH------------------------------------------------H-HHHHHHHHHH-H-----------------------EEHHHHHHHHHHHHHH -------------GSHMSEALKILNNIRTLRAQARESTLET------------------------LEEMLEKLEVVVNERREEESAAAAEVEERTRKL------------------------------------------------SEALKILNNIRTLRAQARECTLET------------------------LEEMLEKLEVVVNERREEESAA-----------------------------------------------------------SEITKTLLNIRSLRAYARELTIEQ------------------------LEEALDKLTTVVQERKEAEAEEIAAR--------------------------------------MPDPQDRPDSEPSDASTPPAKKLPAKKAAKKAPARKTPAKKAPAKKTPAKGAKSAPPKPAEAPVSLQQRIETNGQLAAAAKDAAAQAKSTVEGANDALARNASVPAPSHSPVPLIVAVTLSLLALLLI --------------AQRPAKYSYVDENGETKTWTGQGRTPA-----------------------VIKKAMDEQGKSLDDFLIKQ---------------------------------------------. . : :: : : :::: :: Alignment CLUSTAL W (1.83) multiple sequence alignment 1LR1_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE 1NI8_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE 1OV9_A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE HNSMT -------------------------------------------------------GSHMSEALKILNN-IRT---LRAQAR------ESTLETLEEMLEKLEVVVNERREEESAAAAEVEERTRKL -----------------------------------------------------------SEALKILNN-IRT---LRAQAR------ECTLETLEEMLEKLEVVVNERREEESAA-------------------------------------------------------------------------SEITKTLLN-IRS---LRAYAR------ELTIEQLEEALDKLTTVVQERKEAEAEEIAAR MPDPQDRPDSEPSDASTPPAKKLPAKKAAKKAPARKTPAKKAPAKKTPAKGAKSAPPKPAEAPVSLQQRIETNGQLAAAAKDAAAQAKSTVEGANDALARNASVPAPSHSPVPLIVAVTLSLLALLLI :* * : *.: * * *: : *:* :: * : ------------------HHHHHHHHHHH------------------------------------------------H-HHHHHHHHHH-H-----------------------EEHHHHHHHHHHHHHH 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais A superposição do modelo a ser obtido (target) ao modelo (template) é obtida pela transferência dos parâmetros espaciais dos resíduos alinhados do template para o modelo. As restrições espaciais (distâncias e ângulos) são extraídos do template. 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais As restrições são definidas em termos de uma função densidade de probabilidade (pdf) p(x) para a variável a ser restringida x baseada em dados empíricos (406 proteínas de 105 famílias). Estas pdfs podem ser definidas em associação com outras variáveis como p(x,a,b,c...) 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais As restrições possíveis são: distância (distance) ângulo (angle) angulo diédrico (dihedral) distância mínima (minimal_distance) Acessibilidade ao solvente (solvent_access) densidade (density) coordenada x (x_coordinate) coordenada y (y.coordinate) Coordenada z (z_coordinate) e outras definidas pelousuário (user-defined) 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais Que podem ser relacionadas com grandezas físicas: 1 Bond length potential 2 Bond angle potential 3 Stereochemical cosine dihedral potential 4 Stereochemical improper dihedral potential 5 Soft-sphere overlap restraints 6 Lennard-Jones 6-12 potential 7 Coulomb point-point electrostatic potential 8 H-bonding potential 9 Distance restraints 1 ( Ca -Ca ) 10 Distance restraints 2 (N-O) . 11 Mainchain phi_ dihedral restraints 12 Mainchain psi dihedral restraints 13 Mainchain omega dihedral restraints 14 Sidechain chi1 dihedral restraints 15 Sidechain chi2 dihedral restraints 16 Sidechain chi3 dihedral restraints 17 Sidechain chi4 dihedral restraints 18 Sidechain chi5 dihedral restraints 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 19 Di-sulfide distance restraints 20 Di-sulfide angle restraints 21 Di-sulfide dihedral angle restraints 22 X lower bound distance restraints 23 X upper bound distance restraints 24 Distance restraints (SDCH-MNCH) 25 Binomial phi_psi dihedral restraints 26 Distance restraints (X-Y) 27 NMR distance restraints (X-Y) 28 Minimal distance restraints 29 Non-bonded spline restraints 30 Atomic accessibility restraints 31 Atom density restraints 32 Absolute position restraints 33 Dihedral angle difference restraints 34 GBSA implicit solvent potential 35 EM density fitting potential 36 SAXS restraints 37 Symmetry restraints Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais E calculadas com as seguintes condições: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Tipo de aminoácido Ângulo diedral phi Ângulo diedral psi Classe de estrutura secundária Classe de conformação da cadeia principal Conteúdo fracional de resíduos na classe A Ângulos diédricos da cadeia lateral (chi=1,2,3,4,5) Classe de ângulos diédricos Acessibilidade do resíduo ao solvente Acessibilidade média de 2 resíduos ao solvente Diferença entre vizinhos de um resíduo para duas proteínas Diferença média entre vizinhos de um resíduo para duas proteínas Porção fracional de identidade entre duas proteínas Distancia Ca-Ca Diferença entre duas distâncias Ca-Ca em duas proteínas. Distância N-O na cadeia principal Diferença entre duas distâncias N-O em duas proteínas. Valor médio do Bfactor Resolução da estrutura Distância do resíduo de um gap no alinhamento Distância média dos resíduos de um gap no alinhamento 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais exemplos: 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Extração das restrições espaciais exemplos: Ponte dissulfeto 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Satisfazendo as Restrições Espaciais Minimização Energética Minimização da função objeto Onde Fsym é um termo opcional, R são as coordenadas cartesianas de todos os átomos, c é uma restrição, f é um parâmetro geométrico e p outros parâmetros. Para um sistema de 10.000 atomos podem existir dca ordem de 200.000 restrições 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel Satisfazendo as Restrições Espaciais Minimização Energética Para a minimização da função objeto MODELLER tem implementado algoritmos de gradiente conjugado e de dinâmica molecular (integrador leap-frog Verlet) e pode ser utilizado com um protocolo de simulated annealing. 1164 – BIOLOGIA ESTRUTURAL Aula 5 Prof. Dr. Valmir Fadel