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/#secon
dary
–
–
–
–
–
–
–
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
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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
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Protein Data Bank
Banco de dados
primário
GenBank X PDB
Novos enovelamentos
Estrutura de um arquivo PDB
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•
•
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
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 SWISSMODEL
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.
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