Tp X bioinformática estructural –Visualización de estructura de proteínas y modelado por homologa La idea del tp es aprender a visualizar la estructura de una proteína (Parte ) y a predecir la estructura mediante la técnica de modelado por homología



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TP X

Bioinformática estructural –Visualización de estructura de proteínas y modelado por homologa


La idea del TP es aprender a visualizar la estructura de una proteína (Parte 1) y a predecir la estructura mediante la técnica de modelado por homología (Parte 2)
Respecto de la parte 1 Se utilizaran uno o ambos de estos dos programas el VMD y spdv-viewer Aca bajo comentan las características principales de ambos programas:
VMD is designed for the visualization and analysis of biological systems such as proteins, nucleic acids, lipid bilayer assemblies, etc. It may be used to view more general molecules, as VMD can read standard Protein Data Bank (PDB) files and display the contained structure. VMD provides a wide variety of methods for rendering and coloring a molecule: simple points and lines, CPK spheres and cylinders, licorice bonds, backbone tubes and ribbons, cartoon drawings, and others. VMD can be used to animate and analyze the trajectory of a molecular dynamics (MD) simulation. In particular, VMD can act as a graphical front end for an external MD program by displaying and animating a molecule undergoing simulation on a remote computer.

Disponible en: www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/


Swiss-PdbViewer is an application that provides a user friendly interface allowing to analyze several proteins at the same time. The proteins can be superimposed in order to deduce structural alignments and compare their active sites or any other relevant parts. Amino acid mutations, H-bonds, angles and distances between atoms are easy to obtain thanks to the intuitive graphic and menu interface. Moreover, Swiss-PdbViewer is tightly linked to Swiss-Model, an automated homology modeling server developed within the Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) in collaboration between GlaxoSmithKline R&D and the Structural Bioinformatics Group at the Biozentrum in Basel. Working with these two programs greatly reduces the amount of work necessary to generate models, as it is possible to thread a protein primary sequence onto a 3D template and get an immediate feedback of how well the threaded protein will be accepted by the reference structure before submitting a request to build missing loops and refine sidechain packing.

Disponible en: http://au.expasy.org/spdbv/


Ambos programas son muy fáciles de usar para alguien familiarizado con programas de entorno grafico tipo Windows. Y los help y tutoriales son muy didácticos
En la practica de hoy aprenderemos a usarlos estudiando una familia de proteínas en particular: Las hemoglobinas truncadas
Las hemoglobinas truncadas

Las hemoglobinas truncadas (trHbs) son un grupo de proteínas que como su nombre lo indica poseen elgrupo hemo y que se encuentran ampliamente distribuidas en eubacterias, cianobacterias, eukariotas unicelulares y plantas conformando un grupo distintivo en la superfamilia de las hemoglobinas. Su estructura esta formada por 4 helices dispuestas en un sándwich de 2 en 2. Las trHbs son capaces de pegar ligandos diatomicos en particular el O2 con diversa afinidad, hecho que esta íntimamente relacionado con su función.


A lo largo de la practica visualizaremos las estructuras conocidas de algunas de estas proteínas y generaremos modelos estructurales a partir de las secuencias para otras.
Como regla general podemos decir que la afinidad de una hemoproteina por el oxigeno esta determinada por la cantidad de puentes de hidrogeno que el oxigeno es capaz de formar con los aminoácidos de la proteína una vez que esta unido al hierro. Por ejemplo en la Mioglobina una proteína con afinidad moderada por oxigeno esta forma 1 puente de hidrogeno con el ligando como se muestra en la figura.


En los archivos que usted posee se encuentran las estructuras (en formato PDB) de las siguientes TrHb:

TrHb N de Mycobacterium. Tuberculosis 1idr afinidad por O2 alta

TrHb O de M. Tuberculosis 1ngk afinidad por O2 alta

TrHb N de Paramecium. Caudatum 1dlw afinidad por O2 baja

TrHn N de Chlamydomonas. Eugametus 1dly afinidad por O2 muy alta
Además posee las siguientes secuencias

TrHb N de M. Tuberculosis 1idr.seq TrHb O de M. Tuberculosis 1ngk.seq

TrHb N de P. Caudatum 1dlw.seq TrHn N de C. Eugametus 1dly.seq

TrHb N de Nostoc commune trHb_nostoc.seq

TrHb N de Cyanobacteria Synechocystis trHb_synecho.seq

TrHb N de Mycobacterium. Avium trHb_Navium.seq

TrHb O de Mycobacterium. Avium trHb_Oavium.seq

TrHb O de Termobifida fusca trHb_O_termofusca.seq



Tareas a desarrollar:

Parte 1 visualizacion


Primero edite los archivos pdb, para ver que formato tienen.

Tenga en cuenta los siguiente: La estructura de una proteína una vez determinada llega a nosotros como un archivo de texto que contiene las coordenadas cartesianas (x,y,z) de todos los átomos pesados de la misma. Estos archivos de nombre *.pdb son de acceso publico a través de internet y se encuentran en la protein data bank (PDB) (www.ncbi.nlm.nih.gov).

Los archivos contienen toda la información necesaria sobre la estructura de la proteína, e información adicional sobre la resolución y precisión de la misma.

Por convención internacional los archivos tienen principalmente el siguiente formato:

Tipo de átomo, Número de átomo, Nombre del átomo( Ver anexo), Nombre del aminoácido en código de 3 letras, cadena, número del aminoácido, coordenadas (x,y,z).
Por ejemplo:

ATOM 1 N ALA 1 14.740 14.132 -10.195


Como las proteínas cristalizadas en muchos casos contienen cofactores, ligandos y solvente, la primer palabra permite diferenciar a qué molécula pertenece el átomo. En el caso de pertenecer a una proteína se usa la palabra ATOM.

Además el archivo contiene el HEADER que dice las condiciones de cristalización y otros datos de importancia. Además es posible que un archivo contenga mas de una cadena. (por ejemplo en la TrHb O creo que son 12) Una tarea util es cortar del pdb total solo la parte de la estructura de una cadena (+ el grupo hemo) para que de esta manera sea mas facil visualizarla.


Una vez Cortada la cadena alfa de los 4 archivos pdb cárguelos en el VMD o el swpdb y trate visualizar el sitio activo intente contar en cada caso el numero de puentes de hidrógeno que podría formar la proteína con el oxigeno y fíjese si coincide con lo que espera para la afinidad de la proteína por el mismo

Parte 2: Modelado por homologia

Existen 3 maneras de hacer modelado por homologia

Aquellos que dispongan solo del VMD sigan los modos 1 y 2

Aquellos que dispongan de maquinas con el swiss-pdb viewer completamente funcional sigan el modo 3


MODO 1

La primera y automática consiste en utilizar el servidor web: http://swissmodel.expasy.org/

Y la opción First aproach mode (en esta opción usted solo da como inmput la secuencia a mdoelar y el programa hace el resto, puede probar darle la secuencia de alguna de las trHbs de las que no se conoce la estructura y ver que modelo le devuelve y que modelo uso como templado
MODO 2

La segunda consiste en usar el servidor web pero en el modo de alineamiento aquí usted le da al programa el alineamiento y le dice cual es el pdb que decide usar como Templado

Ejercicio: Cree un modelo para la Hbtr de P. Caudatum usando como templado la cadena alfa dela truncada N de M. Tuberculosis 1idr_A.

Par esto haga los alineamientos que crea necesarios con la experiencia adquirida hasta ahora en el curso

Compare el resultado obtenido con la estructura resuelta por rayos-X
Ej 2. cree ahora un modelo para trHb O de M. Tuberculosis usando como templado la cadena alfa de la truncada N de M. Tuberculosis 1idr_A.

Par esto haga los alineamientos que crea necesarios con la experiencia adquirida hasta ahora en el curso

Compare el resultado obtenido con la estructura resuelta por rayos-X

Haga ahora un alineamiento basado en la estructura conocida de la trHb O si este difiere de los alineamientos que pudo generar hasta ahora basados solo en la información de la secuencia vea como le da el modelo ahora


MODO 3

La tercera opción consiste en usar el swiss-pdbviewer para generar y tocar el alineamiento y luego enviarlo al servidor para obtener un modelo



Siga el tutorial que se encuentra en: http://au.expasy.org/spdbv/text/modeling.htm

Y luego realice los ejercicios 1 y 2 con el swiss-pdb

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