HOMOLOGY MODELLING Modelado por homologia o comparativo

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HOMOLOGY MODELLINGModelado por homologia o
comparativo
ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEGHADS ASDEY
AHLRILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEAHADS MCDEYAHIRL
MNPERSTVAGGHQWERT----GSFKEWYAAHADD
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Que es el modelado por homología?

• Es un método que permite predecir la Estructura
  terciaria (3D) de una proteína deseada (Target)
  conociendo
• Su secuencia de aminoácidos (Estructura primaria)
• La estructura terciaria de una homologa
  (template) resuelta por rayos-X o NMR

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Por que usar HM?

• Muchas veces Nuestra proteína de interes no tiene
  estructura 3D conocida
• HM es el mejor de los método de predicción de
  estructura terciaria a partir de la secuencia

• Pero ademas.

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El universo de los folds posibles
Cuan grande es??
Se estima que entre 1000-5000
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Como va el trabajo?
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Proyecto Proteomica estructural
Hom. Mod.
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Por que funciona el HM?

• Se sabe que secuencias similares adoptan
  estructuras similares
• En una familia los residuos conservados en la
  secuencia, conservan la misma estructura
• La topología de los residuos del sitio activo
  también es conservada
• El proceso de evolución por selección natural
  tolera variaciones de la secuencia

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Los 4 Pasos a seguir en HM

• 1-Encontrar un templado adecuado (Ej BLAST pdb)
• 2-Alineamiento Target-Template (es el paso mas
  importante)
• 3-Construcción del modelo (existen diferentes
  aprox.)
• 4-evaluación y refinamiento del modelo

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1-Busqueda del templado

• Como primera aprox. BLAST-pdb
• Sin templado NO hay modelo
• Se requiere que toda la secuencia del target
  este representada en el templado
• Se pueden utilizar mas de un templado

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2-AlineamientoEs el paso critico en HM!!!!

• Lo optimo es una identidad gt 40
• Entre 25-40 zona gris
• El alineamiento debe ser a lo largo de toda la
  secuencia target
• Alineamientos múltiples mejores que los de a
  pares
• Pequeños errores en alineamiento grandes errores
  en el modelo

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Cuando identidad secuencia implica similitud
estructural?
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3a-Búsqueda de regiones conservadas
estructuralmente (RCE)
Target Tmpl.1 Tmpl.2
ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEG ASDEYAHLR
ILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEA MCDEYAHIRLMNPERSTV
AGGHQWERT----GSFKEWYAA HHHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCCCC
CCCCBBBBBBBBB
RCE 2
RCE 1
Helice RCE 1
Hoja B RCE 2
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Las RCE

• Corresponden a las regiones estructuralmente mas
  estables de la proteína (Por gral. el interior)
• Altamente conservadas, y por gral. sin GAPS
• Usualmente corresponden a elementos de estructura
  secundaria

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3b-Busqueda de regiones variables
estructuralmente (RVE)
Target Tmpl.1 Tmpl.2
ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEG ASDEYAHLR
ILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEA MCDEYAHIRLMNPERSTV
AGGHQWERT----GSFKEWYAA HHHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCCCC
CCCCBBBBBBBBB
RVE (loop)
RVE (loop)
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3c Generar coordenadas del modelo (x,y,z)

• Usando las RCE como anclaje
• Aminoácidos idénticos transferir todas las
  coordenadas del mismo
• Aminoácidos similares transferir backbone,
  reemplazar cadena lateral respetando las
  torsiones (?)
• Aminoácidos diferentes transferir solo el
  backbone

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Agregar loops de las RVE
Biblioteca de loops
Secuencia HQWERT
Estructura
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Bibliotecas de loops

• Loops extraídos de estructuras de alta resolución
  (lt 2 A)
• Incluyen longitud, secuencia, coordenadas
  estructura 2ria de los aa anteriores y
  posteriores
• Los aa anteriores y posteriores deben coincidir
  estructuralmente
• Si no esta en la base de datos (PDB). Se usan
  loops generados al azar y minimizados por MD

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Agregar cadenas laterales
Cuanto vale ??
Búsqueda en bibliotecas de rotameros para c en
relación con f/y
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Ultimo paso Refinar el modelo optimizando la
geometria

• Se busca minimizar la función que relaciona la
  energia con las coordenadas atómicas E
  f(3n) (3n x1,y1,z1.xn,yn,zn)
• Elimina superposiciones de átomos ajusta las
  distancias y ángulos de enlaces a valores típicos
  (Estereoquímica de la estructura)

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4-Evaluacion del modeloque se puede evaluar?

• Los programas de evaluación verifican si el
  modelo tiene Todo aquello que una buena
  estructura debe tener

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Una buena estructura posee

• Mínimo numero de ángulos de torsión no permitidos
  (Ramachandran plot)

Comparar con el templado!!
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Tambien.

• Maximizar el empaquetamiento de residuos
  hidrofobicos
• Minimizar la superficie hidrofobica expuesta a
  solvente
• Maximizar la superficie hidrofilica expuesta a
  solvente
• Maximizar numero de Puentes-H
• Buena estereoquímica en general

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Errores en HM
Desviaciones backbone
Posicion de la cad. Lat.
Falta de templado
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Templado incorrecto
Mal alineamiento
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Cuan bueno es el modelo?
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Y entonces que hago?