BIOINFORMATIKA V PRAXI – CVIČENÍ 9


PREDIKCE TERCIÁRNÍ STRUKTURY PROTEINŮ



STUDIJNÍ MATERIÁLY

Predikci terciární struktury se zabývá řada prací. Některé naleznete ve studijních materiálech
předmětu, např. Hongyu Zhang: Protein Tertiary Structures: Prediction from Amino Acid Sequences,
Encyclopedia of Life Sciences, 2002. Užitečné informace k tématu rovněž naleznete na webových
stránkách EBI (http://www.ebi.ac.uk/services/structures) nebo RCSB (www.rcsb.org).



STRUKTURNÍ FORMÁT PDB

Typická struktura makromolekul je uložena v některém ze standardních formátů. Nejstarší stále
používaný je PDB File Format (http://www.wwpdb.org/documentation/file-format). Novější formáty
umožňují obvykle vkládat větší množství doplňkových dat, která jsou v současnosti generována spolu
se strukturou. Jejich příkladem je mmCIF File Format nebo PDBML (XML) File Format.


ÚKOL 1

Seznamte se s formátem PDB - otevřete soubor 4AGT.pdb v textovém prohlížeči a zodpovězte
následující otázky:


O jaký protein se jedná?


Jakou technikou byla struktura získána?


V kterém časopisu byla struktura publikována?


Kolik řetězců proteinu obsahuje kompletní struktura?


Kolik úseků struktury helixu obsahuje každý monomer daného proteinu?


Je ve struktuře přítomen nějaký kov?



PREDIKCE 3D STRUKTURY PROTEINU

Existují tři základní techniky pro predikci proteinové struktury. Ab initio vychází ze sekvence a
predikuje strukturu na základě základních vlastností aminokyselin. Příkladem je program Quark
(http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/QUARK). V případě, že existuje struktura vysoce podobného
proteinu, využívá se technika homologního modelování, kdy nová struktura je vytvořena podle jiné,
známé. To umožňuje například Swiss-Model (http://swissmodel.expasy.org/). Pro proteiny s nižším
stupněm homologie lze použít threading („navlékání“), kdy je prohledáváno široké spektrum známých
foldů a struktura modelována podle jejich konsenzu. V tomto směru se nejčastěji používá program
Phyre2 (http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2/).


ÚKOL 2

Pokuste se vytvořit model struktury pro zadaný protein pomocí serveru SWISS-MODEL
(http://swissmodel.expasy.org/). Použijte automatický mód.


Sekvence proteinu [Penicillium camemberti]:

MPSNGAHDIVFRTSIAACNSNSRLRVYMQDVLGKIRESKYEDKWSNGTEKNVIASAKLYSPVACTSSELDNIRVYYLSTENIMKDMAYDKSKGWHEGNL
GKKRFMTAPYSNLAACNLKGPGMTISVYCQIADNTIQEYGVKDDGNWEKMSNLGLAMPGTDIACTVLKTSEPKIRVYFQHMEHGIIEKCYDNKHGWYDG
AAKFPKVQPRTSIACTSYMAGSETLGIRVFFNAANMVLEMVYDGMSWTEGHFHADCIPGTQIACIS


Přiložte printscreen s výsledkem z modelování.



ZOBRAZOVACÍ PROGRAM PYMOL

Pro vizualizaci struktur biomakromolekul lze využít řadu programů. Příkladem jsou VMD, Jmol,
RasMol, Chimera, PyMOL, aj. Existují v mnoha typech, od prostého zobrazování molekul v prostředí
Java po kombinace s programy pro molekulové modelování a docking.


ÚKOL 3

Zpracujte strukturní model v programu PyMOL. Pracujte s homologním modelem a templátem, na jehož
základě byl model vytvořen (model01.pdb, 4agt.pdb).

•      Zobrazte obě struktury jako cartoon a jako sticks a uložte jako obrázek s vysokým rozlišením
(1200x1200 dpi)


•      Extrahujte řetězce A, proveďte jejich alignment, přiložte obrázek a uveďte RMSD.


•      Porovnejte strukturu vazebného místa v okolí ligandů Fuc910, 920 a 950 v řetězci A




SAMOSTATNÝ PROJEKT – VOLITELNÉ (!)

Pokud u vašeho proteinu není známa struktura, pokuste se o vytvoření strukturního modelu některou
z uvedených technik.