Analisi e predizione delle caratteristiche biochimiche delle proteinebiochimica.unipr.it/biocomp/ab/bioinformatica/predizione... · 2009. 1. 19. · Le proteine a vita media corta

Riccardo Percudani 02/03/04 File: predizione_biochimica.odp

Analisi e predizione delle caratteristiche biochimiche delle proteine


Caratteristiche biochimiche predicibili

FUNZIONALI

CHIMICO-FISICHE

STRUTTURALI


Caratteristiche funzionali predicibili

• “Traducibilità”• Destinazione ai compartimenti cellulari • Turnover • Modificazioni post-traduzionali• Siti catalitici• Legami a coenzimi/metalli• Legami a DNA o proteine

Presenza di “motivi” o “segnali”


“Motivi/Segnali” nelle sequenze di proteine

Una porzione limitata e circa contigua nella sequenza la cui presenza o conservazione dipende da ragioni funzionali o strutturali

:=

Motivo di sequenza

La presenza di un motivo in proteine diverse può derivare da omologia o da convergenza funzionale


Descrizioni di motivi C2H2 Zinc finger

Sequence patternSequence logo


Prosite patterns

Intorno della serina catalitica delle proteasi trypsin-likeG-D-S-G-G

Legame al piridossal-fosfato delle fosforilasiE-A-[SC]-G-x-[GS]-x-M-K-x(2)-[LM]-N

Zinc FingerC-x(2,4)-C-x(3)-[LIVMFYWC]-x(8)-H-x(3,5)-H

N-GlicosilazioneN-{P}-[ST]-{P}

Homeobox domain[LIVMFYG]-[ASLVR]-x(2)-[LIVMSTACN]-x-[LIVM]-x(4)-[LIV]- [RKNQESTAIY]-[LIVFSTNKH]-W-[FYVC]-x-[NDQTAH]-x(5)-

[RKNAIMW]

http://www.expasy.ch/prosite/

http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/http://www.expasy.ch/prosite/


Motivi di sequenza nella banca dati ProSite

Descrizione del motivo con un “pattern” di sequenza.


Come si costruisce un pattern prosite

[RK]-G-{EDRKHPCG}-[AGSCI]-[FY]-[LIVA]-x-[FYM]

RNA Recognition Motif (RRM) RNP-1


La presenza di un motivo può essere casuale

Motivi possono ricorrere nelle proteine per effetto del caso, senza determinare una data proprietà funzionale.

Più il motivo è corto e ambiguo, maggiori sono le probabilità di occorrenza casuale


Ricerca di motivi con Scanprosite

Ricerca motivi contenuti un una sequenzaRicerca sequenze contenenti un motivo


Localizzazione cellulare: via secretoria

Segnali per lavia secretoria


Peptidi segnale

Alanine 1.8 Arginine -4.5 Asparagine -3.5 Aspartic acid -3.5 Cysteine 2.5 Glutamine -3.5 Glutamic acid -3.5 Glycine -0.4 Histidine -3.2 Isoleucine 4.5 Leucine 3.8 Lysine -3.9 Methionine 1.9 Phenylalanine 2.8 Proline -1.6 Serine -0.8 Threonine -0.7 Tryptophan -0.9 Tyrosine -1.3 Valine 4.2

Idrofobicità (scala Kyte-Doolittle)

Plot di idrofobicità


Descrizione più accurata dei peptidi segnale

Regione con amino acidi carichi positivamente

Regione con aminoacidi idrofobici

Sito di taglio: gli amino acidi -1 e - 3 sonopiccoli e non carichi (regola di von Heijne)

20 - 40 aa

-3 -1


Predizione di peptidi segnale: SignalPC-score (raw cleavage site score)

S-score (signal peptide score)

Y-score (combined cleavage site score)


Segnali della via secretoria

Ingresso nella via secretoria: peptide segnale o eliche transmembrana

Reticolo endoplasmico: alcune proteine sono trattenute nel reticolo in presenza di un segnale di retenzione: KDEL o HDEL nella porzione carbossi-terminale

Extra-cellula: nessun (altro) segnale

Via secretoria


Subcellular protein sorting: via citoplasmatica

Segnali per localizzazione subcellulare


Segnali della via citoplasmatica

Mitocondrio: un segnale (spesso bipartito) all’N-terminale non chiaramente identificabile con un consenso

Cloroplasto: un segnale (spesso bipartito) all’N-terminale. I primi 30 aa sono ricchi in Ser e Ala. Il secondo residuo è spesso Ser

Perossisoma: due tipi di segnali di localizzazione (PTS). PTS1 è un segnale C-terminale con un consenso [SAC][KRH]L. PTS2 è un segnale N-terminale con consenso: [RK][LI]X(5)[HQ]L

Nucleo: nuclear localisation signal (NLS) all'interno della sequenza. due regole: 1) ‘pat4’: [KR](4) o [KR](3)[PH]; 2) ‘pat7’ PX(1,2)[KR](3,4). Alcune proteine entrano nel nucleo per cotrasporto con altre proteine che hanno un NLS.

Citoplasma: nessun segnale

Via citoplasmatica


Predizione della localizzazione delle Proteine: Psort Nakai, K. and Kanehisa, M

Psort è un sistema che valuta un insieme di regole per predire il destino cellulare delle proteine. Le regole sono differenti per procarioti ed eucarioti (divisi in animali e piante).

http://psort.nibb.ac.jp/


Predizione delle modificazioni delle proteine

FOSFORILAZIONEGLICOSILAZIONEUBIQUITINAZIONEACILAZIONE

PRENILAZIONE

SULFATAZIONE

SUMOILAZIONE

...


Fosforilazione

[RK](2)-x-[ST] cGMP-dependent protein kinase

[ST]-x-[RK] protein kinase C

[RK]-x(2)-[DE]-x(2,3)-Y Tyrosine kinase phosphorylation site

Prosite patterns

fosfoserina fosfotreonina fosfotirosina


Glicosilazione

Prosite pattern: N-{P}-[ST]-{P}

Prosite pattern: S-G-X-G per i proteoglicani

Glicosilazione all'O Glicosilazione all'N


Sequenze PEST: predizione vita media delle proteine

Le proteine a vita media corta t1/2


Caratteristiche chimico-fisiche predicibili

• Composizione

• Peso molecolare

• Punto isoelettrico

• Coefficiente di estinzione

• Regioni a bassa complessità

• Regioni ripetute


Caratteristiche fisico-chimiche

ProtParam

Data una proteina a sequenza nota è possibile calcolare:

Peso molecolare (Mw): somma dei peso molecolare dei

singoli aa

Composizione in aminoacidi: frequenza di ogni amino acido

Punto isoelettrico (pI): pH al quale la proteina è priva di carica. Corrisponde al pKa del peptide. Calcolato in base al pKa dei singoli aminoacidi

Coefficiente di estinzione (E): permette di calcolare l'assorbimento delle proteine alla lunghezza d'onda di 280 nm. Dipende soprattutto dal numero di triptofani e tirosine.

http://www.expasy.ch/tools/protparam.htmlhttp://www.expasy.ch/tools/protparam.html


Analisi e predizione di strutture di RNA e proteine


Strutture primarie, secondarie e terziarie

RNA ProteinePrimaria

Secondaria

Terziaria


Determinazione sperimentale e predizione delle caratteristiche strutturali

• Struttura secondaria• Accessibilità al solvente• Regioni transmembrana• Struttura tridimensionale (per omologia)

• Cristallografia raggi X• Nuclear Magnetic Resonance• Microscopia elettronica

Struttura tridimensionale

Tecniche sperimentali per la risoluzione della struttura

Caratteristiche strutturali predicibili con mezzi bioinformatici


Banche dati e strumenti di visualizzazione di strutture


PDB

Contiene coordinate tridimensionali di Proteine (14639), complessi DNA-proteine (689) acidi nucleici (1012), determinate con raggi X o NMR

PDB (Protein Data Bank)

http://www.rcsb.org/pdb/


PDB (Protein data bank)


Visualizzazione di strutture: RasMolhttp://www.umass.edu/microbio/rasmol/

Software gratuito per la visualizzazione di molecole e macromolecole (DNA, RNA e Proteine)
http://www.umass.edu/microbio/rasmol/

Documents

Analisi e predizione delle caratteristiche biochimiche delle proteinebiochimica.unipr.it/biocomp/ab/bioinformatica/predizione... · 2009. 1. 19. · Le proteine a vita media corta