TALLER DE VISUALIZACIÓN MOLECULAR.
ESTUDIO ESTRUCTURAL DE
MACROMOLÉCULAS
Curso 2006/07
Coordinadora del Proyecto: Rosa M León
Area de Conocimiento: Bioquímica y Biología Molecular
Dpto. Química y Ciecia de Materiales
Proyecto de Innovación Docente
Area de Bioquímica y Biología Molecular
Introducción
Se han secuenciado genomas de cientos de organismos incluyendo virus,
bacterias, hongos, plantas y animales. El siguiente paso es estudiar la función
de tales secuencias. Para ello se están utilizando herramientas informáticas
que localizan las secuencias que codifican para proteínas e intentan
comprender cómo y cuáles son sus estructuras y funciones más probables,
esto ha dada lugar a la aparición de una nueva disciplina “La bioinformática”
que abarca el manejo de estas bases de datos y herramientas.
Además de la información sobre la estructura primaria hay bases de datos que
incluyen la estructura tridimensional de muchas macromoléculas,
principalmente proteínas, que han sido determinadas por difracción de Rayos
X. La visualización de estas estructuras con programas de visualización
molecular, que permiten al usuario rotar las moléculas para verlas desde todas
las perspectivas posibles, cambiarlas en tamaño, ver detalles de unos pocos
átomos, aporta gran cantidad de datos y facilita la compresión de la estructura
y función de estas macromoléculas.
El objetivo de esta práctica es aprender las nociones básicas para realizar el
análisis estructural de un proteína basándonos en su secuencia.
1.
Caracterización fisicoquímica de la proteína conociendo su
secuencia
Partiendo de la secuencia de una proteína dada y utilizando el servidor de
proteómica: http://www.expasy.org, se pretende obtener información
fisicoquímica, funcional y estructural de dicha proteína.
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Para ello utilizaremos el programa ProtParam (/ExPASy Proteomics
tools/Primary Structure Analysis):
caracteriza físico-químicamente una
proteína, dándonos información sobre el número de aa que la componen, su
masa molécular, composición de aa, punto isoeléctrico.
2. Comparación de la secuencia dada con las secuencias conocidas
utilizando el progrma BLASTtp del NCBI. Al que podemos acceder desde
(/ExPASy
Proteomics
tools/Similaritary
Searches)
o
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Dicho programa reconoce posibles dominios
conservados que proporcionan información acerca de su posible función.
Seleccionar Protein-Protein BLAST (blastp). Pegar la secuencia al recuadro de
search y enviar la búsqueda mediante el comando BLAST. Los resultados
pueden tardar algunos minutos, se accede a ellos a través del comando
FORMAT
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3. Localización de las coordenadas PDB de la proteína problema.
Las coordenadas XYZ de los átomos de una macromolécula son la información
necesaria para representar su estructura. Las coordenadas de las
macromoléculas cuya información se ha resuelto por RX, RMN o microscopía
electrónica se encuentran depositadas en
Protein Data Bank (PDB)
(http://www.rcsb.org). Aunque es posible concectarse a este sitio a través de
diferentes organismos como el NCBI (National Centre for Biotechnological
information-http://www.ncbi.nlm.nih.gov) o el EBI (European Bioinformatics
Institute-http://www.ebi.ac.uk).
Se puede reclamar el fichero PDB de una proteína usando el código pdb o en
nombre de la proteína y la especie a la que pertenece. Si entramos en el PDB
podemos. Download files. Web downloads. Podremos descargar pdb file
uncompressed. Esto requiere instalar el Java Runtime Environment versión 4.0
o superior.
4. Programas de visualización y manejo de estructuras
Hay disponibles un buen número de programas de visualización molecular de
libre distribución que permiten la lectura de ficheros de coordenadas en
distintos formatos para visualizar estructuras de moléculas. Entre dichos
formatos destacan el de la base de datos de proteínas de Brookhaven (Protein
Data Bank) adoptado por la IUPAC, y el formato MOL de Tripos Inc. (USA),
uno de los principales proveedores de software de modelado molecular.
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El ViewerLite Weblab. Permite representar la estructura tridimensional de las
moléculas utilizando sus coordenadas en formato pdb. Una vez cargada la
molécula puede verse de varias manera (varillas, bolas, etc...), puede girarse,
pueden verse u ocultarse átomos, puentes de H, etc..
El Swiss-Pdb Viewer. Permite también represetar la estructura tridimensional
de las moleculas concociendo sus coordenadas pdb. Además permite
superponer varias proteínas, ver intracciones entre ellas o entre proteínas y
ligandos, manipularla (hacer manipulaciones puntuales), medir distancias y
ángulos entre átomos.
Con estos programas podemos hacer un estudio estructural básico de
proteínas
- Abrir el fichero PDB con Weblab
- Visualizar la proteína con sus estructuras secundarias
- Describir tipos de estructura secundaria
- Número de hélices alfa y/o hebras beta
- Estructura supersecundaria y dominios estructurales
- Tipo de grupo prostético: aminoácios implicados en su unión
- Distribución de aa hidrofóbicos e hidrofílicos
- Otras características estructurales destacables
Por ejemplo si queremos ver: El citocromo c de caballol, cuyas coordenadas
pdb son1hrc.pdb, las introducimos en el buscador del pdb y obtendremos un
fichero, que podremos abrir con el programa viewer little:
- Primero Seleccionamos el submenú File seguido de Open. Nos aparecerá
una nueva ventana donde seleccionaremos el fichero de coordenadas pdb que
nos interese abrir. La estructura de la molécula se visualiza en otra ventana.
-
La estructura de la molécula se visualiza en otra ventana.
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Cadena de aa
Grupos prostéticos u otros grupos
H2O
- Aparece un menú principal (Toolbar) en el que, a la izquierda, encontramos
las herramientas de translación, aproximación, torsión y rotación de la
molécula.; tal como se muestra en la imagen siguiente. Se puede acceder a la
secuencia aminoacídica o nucleótica de la macromolécula seleccionando en el
menú principal el submenú Window seguido de New Hierarchy Window.
Seleccionamos como
estilo de la proteína
cintas solidas
Ocultamos agua,
esqueleto y cadenas
laterales
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Si cambio el color del fondo y selecciono todo los elementos y puedo pegar la
figura en cualquier programa.
El programa me permite además ver el grupo prostético, en este caso el grupo
hemo, los aminoácidos con los que interacciona directamente dicho grupo
prostético etc,
- Con
backbone y lateral chains activadas puedo visualizar que aa
interaccionan con el grupo prostético, substrato u otros ligandos cristalizados
junto a la proteína. En este caso His18 y Met 80. Si oculto todos los
aminoácidos excepto estos dos y los marco con la herramienta label (hay que
seleccionar el aa en la ventana descriptiva).
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CUESTIONARIO
Nombre y apellidos:
1- Caracterísiticas fisico-químicas de la proteína desconocida:
2- Identidad de la proteína. Nombre, especie, número de acceso
3- Presenta algún dominio funcional definido?
4- Cita otras proteínas con las que tenga alta homología según el NCBI
5- Dibuja o adjunta la imagen tridimensional de la proteína problema?
6- Presenta algún grupo prostético?
7- Indica número de hélices alfa u hojas beta que puedes distinguir en su
estructura.
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