Modelowanie porównawcze

Z BioInf

Modelowanie porównawcze

Metody porównawcze bazują na obserwacji, iż struktura przestrzenna białka jest lepiej zachowana w toku zmian ewolucyjnych niż jego sekwencja. Kluczowe dla konformacji danego białka odcinki sekwencji oraz obszary odpowiedzialne za jego funkcję (np. miejsce wiążące ligandy, miejsca aktywne) wykazują dużą odporność na zmiany ewolucyjne. Nawet duże zmiany w sekwencji aminokwasów białka powodują często nieznaczne zmiany w jego strukturze przestrzennej. Ponadto, znane są przypadki strukturalnej konwergencji, kiedy to w toku zmian ewolucyjnych podobne struktury powstały z zupełnie innych białek pierwotnych. To wszystko sprawia, że liczba obserwowanych struktur przestrzennych (zwojów, ang. folds) białek jest istotnie mniejsza niż liczba sekwencji. Przyjmuje się, że dla ponad 50% nowo odczytywanych sekwencji aminokwasów możliwe jest odszukanie białka o podobnej budowie przestrzennej.

Często jednak zdarza się, iż dysponując sekwencją aminokwasów modelowanego białka nie możemy odnaleźć białka do niego homologicznego w oparciu o komplementarność sekwencyjną. Dla białek globularnych ma to miejsce dla ponad 40% sekwencji białkowych. Staramy się wtedy odszukać białko analogiczne (nie koniecznie homologiczne) w oparciu o podobieństwo sekwencyjno-strukturalne. Procedura polega na dopasowaniu sekwencji aminokwasów modelowanej cząsteczki do znanych struktur przestrzennych białek. Metody tego typu określamy mianem przewlekania (ang. threading) [1], rozpoznawania zwojów (ang. fold recognition) [2] lub modelowania przez analogię [3]. Dopasowanie „przewlekanej” przez strukturę szablonu sekwencji odbywa się na zasadzie odpowiednio dobranych kryteriów: więzów (odległości między resztami określonych przy zastosowaniu dostępnych technik eksperymentalnych), zdefiniowanych potencjałów oddziaływań grup bocznych aminokwasów, wiązań wodorowych, oddziaływań jonowych, obecności mostków disulfidowych, tendencji do przyjmowania struktury drugorzędowej (β-kartki lub α-helis) przez fragmenty łańcucha białkowego oraz jego charakteru hydrofobowego lub hydrofilowego. Korzystając z powyższej procedury w pewnych przypadkach możliwe jest odnalezienie poprawnego szablonu, białka homologicznego lub analogicznego strukturalnie w wyniku konwergencji ewolucyjnej.

W przypadku, gdy dysponujemy białkiem homologicznym, szablonem (ang. template), wykazującym określone podobieństwo sekwencyjne o znanej strukturze przestrzennej możemy w pewnych przypadkach przewidzieć strukturę przestrzenną interesującego nas białka korzystają z metody modelowania przez homologię (ang. homology modeling).

Zobacz też

Literatura

  1. Xu, J., F. Jiao, and L. Yu, Protein structure prediction using threading. Methods Mol Biol, 2008. 413: p. 91-121.
  2. Godzik, A., Fold recognition methods. Methods Biochem Anal, 2003. 44: p. 525-46.
  3. Ginalski, K., Comparative modeling for protein structure prediction. Curr Opin Struct Biol, 2006. 16(2): p. 172-7.
Osobiste