Истраживање корелација аминокиселина и секундарне структуре протеина Семинар Арго Истраживање корелација аминокиселина и секундарне структуре протеина Саша Малков 18. март 2009.

Садржај Увод у протеине Представљање резултата радова: A reexamination of the propensities of amino acids towards a particular secondary structure: classification of amino acids based on their chemical structure Journal of Molecular Modeling, Vol. 14, No. 8, pp. 769-775. Saša Malkov, Miodrag Živković, Miloš Beljanski, Michael Hall, Snežana Zarić A Reexamination of Correlations of Amino Acids with Particular Secondary Structures The Protein Journal (in print, available online) Saša Malkov, Miodrag Živković, Miloš Beljanski, Srđan Stojanović, Snežana Zarić

Протеини Протеини су сложени органски молекули Имају основну градивну и функционалну улогу у организмима Састоје од низова аминокиселина (АК) које су спојене пептидним везама Низови АК су одређени генетским кодовима

Аминокиселине У природи постоји 20 основних АК: Неки организми синтетишу и неке друге АК G – Gly – Glycine P – Pro – Proline A – Ala – Alanine V – Val – Valine L – Leu – Leucine I – Ile – Isoleucine M – Met – Methionine C – Cys – Cysteine F - Phe - Phenylalanine Y - Tyr - Tyrosine W - Trp - Tryptophan H - His - Histidine K - Lys - Lysine R - Arg - Arginine Q - Gln - Glutamine N - Asn - Asparagine E - Glu - Glutamic Acid D - Asp - Aspartic Acid S - Ser - Serine T - Thr - Threonine

Грађа аминокиселина

Преглед аминокиселина

Примарна структура протеина Један протеин се састоји од једне или више секвенци аминокиселина Примарна структура протеина је одређена секвенцама аминокиселина Примарна структура се релативно једноставно установљава Позната је за велики број протеина

Просторна структура протеина Одређена је просторним распоредом атома који чине протеин Установљава се на релативно сложен и скуп начин X-зрацима NMR ел. микроскопом Позната за око 50000 протеина

Пример структуре протеина

Пептидна веза

Углови у пептидној вези

Секундарна структура У сложеним просторним структурама протеина се распознају одређени шаблони Структура протеина описана тим шаблонима назива се секундарна структура протеина

Шаблони Најчешћи шаблони секундарне структуре (СС) протеина су: хеликси траке и листови завоји

Хеликси Низ АК може да обликује хеликоидну структуру У зависности од успостављених веза, јачина веза и ширина хеликса се разликују α-хеликс има 3,6 АК по једном завоју 3-10 хеликс има 3 АК по завоју

Хеликс (илустрација)

Траке Низ АК може да обликује и релативно праволинијске траке (енгл. strand) Више трака се везују у листове (енгл. sheet)

Траке (илустрација)

DSSP DSSP је алгоритам којим се на основу израчунавања углова које гради једна АК у односу на суседне АК установљава коју СС она гради DSSP на основу познате просторне структуре протеина свакој АК у протеину одређује СС Свакој секвенци АК одговара по секвенца СС

DSSP (2) DSSP распознаје 7 СС: H – α-хеликс E – трака T – завој S – спој (енгл. band) G – 3-хеликс I – 5-хеликс B – изоловани β-мост C – све остало (енгл. coil)

DSSP (3) Због релативно мале заступљености једног броја СС, често се ради само са 3 типа структура: H – α-хеликс E – трака C – све остало (енгл. coil)

Циљеви истраживања Установљавање статистичке зависности између примарне и секундарне структуре на различитим удаљеностима Покушај повезивања зависности са особинама АК

Предмет посматрања Нека је S скуп парова (ai, bi) ai су секвенце АК, дужине len(i), облика ai,1, ai,2,...ai,len(i) ai,j су из скупа АК bi су одговарајуће секвенце СС, исте дужине len(i), облика bi,1, bi,2,...bi,len(i) bi,j су из скупа СС

Узорак Посматрамо аминокиселине и елементе секундарне структуре на различитим удаљеностима t Узорак зависи од t: Укупан број одговарајућих парова је:

Случајне променљиве Ако је А логички израз, тада је I(A)=1 акко је А тачан израз, а 0 иначе Дефинишемо случајне променљиве: Xi,j(s) = I(bi,j=s) Yi,j(p) = I(ai,j=p) Zi,j(s,p,t) = I(bi,j=s, ai,j+t=p) = Xi,j(s) * Yi,j+t(p)

Заступљеност Бројимо на узорку колико пута променљиве имају вредност 1

Корелација Коефицијент корелације две променљиве је: За бинарне променљиве важи:

Корелација (2) Добија се:

Корелација (3) Уз процене:

Корелација (4) Добија се:

Корелације у месту (t=0)

АК које су склоне α-хеликсима

Корелације у месту (t=0)

АК које су склоне тракама

Корелације у месту (t=0)

АК које су склоне завојима

Корелације у месту (t=0)

АК које су неутралне

Закључак у месту Аминокиселине у истој групи имају сличне структурне карактеристике на атомима C и C. Све АК склоне α-хеликсима немају ни поларне хетероатоме везане на атоме C и C, ни гранање ни ароматичне групе на атому C. Све АК склоне тракама имају ароматичне групе или хетероатоме на атому C. Све АК склоне завојима имају поларне хетероатоме на атомима C или C или уопште немају атом C. Ова нова правила могу бити корисна у предвиђању понашања синтетисаних АК које не постоје у природи.

Корелације на дистанци

Закључак на дистанци Корелације су значајне до удаљености од 10 АК Делови везани на атоме C и C имају примарну улогу у склоности АК према секундарним структурама података на истом месту Поларност АК има значајан утицај на грађење α-хеликса и трака на удаљеним местима у секвенци. Корелације које одговарају поларним АК су значајно асиметричне.

Хвала на пажњи