Đề tài Tin Sinh học: Phần 8/9 dự đoán cấu trúc protein, mối quan hệ cấu trúc - Chức năng

 dụng kết quả so sánh toàn bộ chứ không nên chú ý vào kết quả so sánh ở một vị trí nhỏ, đơn vị thành phần của mẫu. Có như vậy mới phát hiện được mối quan hệ là rất xa của mẫu và mục tiêu. Tuy nhiên số ít trường hợp phải nhìn nhận một cách thận trọng các kết quả trực quan, bởi lẽ có những mối liên hệ đặc biệt không dễ gì nhận ra nếu chỉ quan sát sơ sài, nhất là khi sự tương đồng rất thấp.Bước 3: Sự liên kết khung mẫu –Đích Một khi sự liên kết giữa mẫu ban đầu với mẫu mục tiêu được thiết lập có một loạt các phương pháp để xây dựng mô hình 3D cho cấu trúc protein phân tích. Phương pháp truyền thống và vẫn còn sử dụng rộng rãi là mô hình lắp ráp các thành phần để đối chiếu, có thể là mô hình lắp ráp từ một một vài khu vực cốt lõi quan trọng, các vùng trùng lặp, chuỗi ngoại biênhoặc là việc lắp ráp các cấu trúc không gian. Một phương pháp khác đó là mô hình hóa bằng cách kết hợp phân khúc, dựa vào vị trí gần đúng của các nguyên tử trong các mẫu để tính toán toán tọa độ của các nguyên tử khác. Phương pháp thứ ba là mô hình hóa bằng cách sử dụng phương pháp hình học không gian 3 chiều, cùng các kĩ thuật tối ưu hóa để xây dựng mô hình một cách tốt nhất.Dù phương pháp nào đi nữa khi thực hiện hoàn chỉnh cũng cho kết quả tương đối giống nhau. Bên cạnh đó các yếu tố như lựa chọn mẫu, độ chính xác sự liên kết có tác động không nhỏ đến tính chính xác của mô hình, đặc biệt là các mô hình phân tích sự tương đồng mà có ít hơn 40% nhận dạng tương đồng so với mẫuBước 4: Xây dựng mô hình Sau khi mô hình đã được xây dựng, điều quan trọng là kiểm tra xem nó có các lỗi hay không. Điều đầu tiên để kiểm tra là chồng các cấu trúc mô hình vào cấu trúc mẫu của nó để xác định được một cách chính xác mô hình. Một đánh giá rất quan trọng là nhận ra các vùng không đáng tin cậy trong mô hình. Một cách để tiếp cận này là để tính toán một cấu hình năng lượng của mô hình bằng một chương trình như PROSA2003. Hồ sơ báo cáo năng lượng cho mỗi vị trí trong mô hình và khu vực xấu có thể được xác định. Một cách khác để tìm các vùng không đáng tin cậy trong mô hình là để đánh giá lập thể (chiều dài và góc trái phiếu, góc nhị diện, xung đột, vv) với các chương trình như WHATCHECK hoặc PROCHECKBước 5: Đánh giá mô hình  SWISS mô hình có thể không thành công cho tất cả các trình tự nộp và một số người sử dụng sẽ thích để tìm kiếm mẫu và sự sắp xếp của riêng mình, máy chủ cho phép ba loại khác nhau của người dùng truy cập. Trong các "phương pháp tiếp cận đầu tiên chế độ" [Hình. 2], người ta chỉ để cung cấp một trình tự hoặc số thứ tự. Nó sử dụng quang phổ đầy đủ của chương trình và các công cụ có sẵn trên máy chủ. Ngay sau khi người sử dụng có một mẫu riêng việc tìm kiếm các mẫu là lỗi thời và do đó có thể gửi một công việc trong "Chế độ phương pháp tiếp cận đầu tiên (với các mẫu người dùng định nghĩa)". Đối với người dùng cao cấp "Tối ưu hóa chế độ" tồn tại để trình sắp xếp tính toán trước [Bảng 1].8/9.2.3 Mô Hình tương đồng với SWISS-MODELStep12345Search for suitable templatesCheck sequence identity with targetCreate ProModII jobsGenerate models with ProModIIEnergy minimisation with Gromos96First Approach Mode (regular)First Approach Mode (with user defined templates)Optimize ModeBảng 1: Các chế độ khác nhau của SWISS-MODELHình 2: phương pháp tiếp cận chế độ của SWISS-MODELHình 1: Các bước của mô hình tương đồng  (Trích từ: phương pháp sinh học phân tử, vol 143: Protein cấu trúc Dự đoán: phương pháp và các giao thức, Edited by D.Webster, Humana Press Inc, Totowa, NJ)Như vậy,để tìm kiếm mô hình tương đồng cần phải trải qua 5 bước: 1. Tìm kiếm mẫu. 2. Lựa chọn mẫu. 3. Liên kết mẫu - mục tiêu. 4. Xây dựng mô hình. 5. Đánh giá mô hình Một khi mô hình đã được xây dựng, việc kiểm tra mô hình là rất quan trọng, bởi vì có thể có những sai sót xảy ra trong mô hình đó. Khi có lỗi xảy ra, sự tương đồng giảm xuống, những sai sót tăng lên.8/9.2.4 Lỗi trong các mô hình và đánh giá mô hình Lỗi trong mô hình tương đồngLỗi trong các mô hình so sánh được chia thành 5 loại như sau:1. Lỗi chuỗi bên trong cấu trúc: Đôi khi các chuỗi bên hoàn toàn bình thường nhưng lại xảy ra những bất thường trong cấu trúc lõi của protein. Nó như là một cái bẫy nếu như chúng ta chỉ so sánh một cách đơn giản. Vị trí bị lỗi trong chuỗi là rất quan trọng. Nếu nó xảy ra ở các khu vực liên quan đến chức năng protein thì chắc chắn sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng hoạt động của protein.2. Biến dạng và có những thay đổi trong liên kết ban đầu Đó là những biến dạng, thay đổi so với cấu trúc ban đầu, mặc dù về mô hình tổng thể bên ngoài hầu như không phát hiện ra gì. Sự sai nhầm này có thể là do enzim tác động, hay do sự đóng gói protein không bình thường. Vì thế nên chọn nhiều mẫu phân tích để hạn chế sự ảnh hưởng của lỗi đến kết quả.3. Lỗi do trình tự đoạn chèn chỉ có ở mẫu Ở mẫu có những vùng chèn mà không hề có ở các chuỗi mục tiêu. Lỗi là chính ở những vị trí này.Nếu các đoạn chèn này là tương đối ngắn, một số phương pháp có thể dự đoán được một cách chính xác bộ khung cấu trúc của nó. Điều kiện để dự đoán thành công là sự liên kết và mô tả các đoạn chèn phải chính xác4. Các lỗi do không sắp xếp đượcCó khi các lỗi xảy ra mà mô hình so sánh không sắp xếp được, đặc biệt khi nhận dạng giữa mẫu và mục tiêu dưới 30%. Các lỗi này có thể khắc phục bằng 2 cách: Phân tích số lượng lớn các trình tự để xây dựng mối lên quan giữa chúng. Dự đoán trước những lỗi này dựa vào những dự báo mô hình.5. Không đúng mẫuĐây là vấn đề xảy ra khi các protein xa được sử dụng làm mẫu (có ít hơn 25% trình tự nhận dạng). Vì thế hầu như không có kết quả gì khi so sánh các mẫu này với mẫu mục tiêu Đánh giá mô hình thường là một chương trình gọi là PROSA2003 [Sippl, M., 1993, protein: Cơ cấu, chức năng, và 17 Di truyền học, 35-362 được sử dụng để kiểm tra sự gấp nếp đúng. Các chương trình khác để đánh giáchất lượng của các mô hình của bạn, đặc biệt là cho các điều tra lập thể là WHATCHECK hoặc PROCHECK. Đánh giá các mô hình 8/9.2.4.1 PROSA2003 PROSA2003 là chương trình dựa trên tiềm năng năng lượng của mẫu để phát hiện các khu vực có vấn đề trong mô hình. Nó xác định được thông qua kết quả so sánh năng lượng à nhiều hơn hay ít hơn so với mức bình thường.Năng lượng cao tương ứng với phần có vấn đề của khu vực trên mẫu hoặc trên chuỗi. Phương pháp này đôi lúc cần sự hỗ trợ bởi các điểm z trong mô hình phân tích để tìm ra các lỗi của mô hình, đánh giá chính xác chất lượng tổng thể của mô hình.Hình 4: Z-Điểm các thuật ngữ năng lượng tổng hợpHồi quy phương trình: y = -6,67 - 0.0141x8/9.2.4.2 PROCHECK  Procheck kiểm tra chất lượng lập thể của một cấu trúc protein, sản xuất một số lô PostScript phân tích hình học tổng thể và dư lượng, dư lượng của nó. Mục đích củaProcheck là nhằm đánh giá cách bình thường, hoặc ngược lại như thế nào bất thường, dạng hình học của các chất tồn dư trong một cấu trúc protein nhất định là, so với các thông số lập thể bắt nguồn từ cấu trúc nguyên chất, độ phân giải cao. Khu vực bất thường nổi bật bởi Procheck không nhất thiết phải lỗi như vậy, nhưng có thể được tính năng khác thường đó có một lời giải thích hợp lý (ví dụ như biến dạng do phối tử ràng buộc trong trang web hoạt động của protein). Tuy nhiên, đó là khu vực cần được kiểm tra cẩn thận. 8/9.3 thí nghiệm Thí nghiệm này cho biết về một loại protein trong chất dẫn truyền xung thần kinh có tên là acetylcholine. Acetylcholine là một hydro serine, là một este ở sinh vật nhân chuẩn bậc cao. Chúng gồm những đồng phân rất khác nhau của este cacboxylic. Acetylcholine của cơ thể được hình thành bằng cách thủy phân các chất dẫn truyền xung thần kinh. Trong thể đột biến có khả năng xúc tác chuyển đổi butyryncholine. Ngược lại, ở trạng thái bình thường thì không có khả năng này. Người ta đã chọn c. acetylcholine trong chất dẫn truyền xung thần kinh ở sinh vật có tên khoa học N.brasiliensis. Trong thí nghiệm này chúng ta có thể nhận thấy được sự khác biệt giữa thể đột biến và thể bình thường của AchE.c. Điều này có thể giải thích bằng cách so sánh cấu trúc của protein.Ở đây là do thể đột biến mặc dù cũng mang bản chất là AchE.c nhưng đã có sự thay đổi về cấu trúc làm thay đổi chức năng của nó. Giữa chúng có một sự tương đồng rất lớn về cấu trúc, mô hình nhưng không hề giống nhau hoàn toàn. EnzymeKm [mM]Kcat [min-1]Kcat / KmWild typeNDNDNDW302F, W345FNDNDNDM300G, W302F, W345F0,12 ±0,030,38*105 ±0,04*1053,17*108ND = không được phát hiện Trong phần này, chúng tôi muốn giải thích sự khác biệt quan sát với các đột biến và tự nhiên của AChE C. Các hiệu ứng này có thể được giải thích bằng cách so sánh cấu trúc của các protein. Vì không có cấu trúc tinh thể của AChE C có sẵn, tương đồng đã được tạo ra cho AChE C. Các mô hình tương đồng sẽ được tạo ra bằng cách sử dụng (tự động) SWISS-Mô hình máy chủ trực tuyến Mở máy chủ SWISS Model:      • Sử dụng "chế độ phương pháp tiếp cận đầu tiên" và dán theo thứ tự của bạn  Hãy chắc chắn để sử dụng "chế độ bình thường" • Nhập vào địa chỉ Email của bạn và tên của yêu cầu click vào 'gửi' Mô hình cuối cùng sẽ được gửi đến bạn qua email. • Kiểm tra chất lượng của mô hình (PROSA2003, PROCHECK) • Xem các mô hình tương đồng sử dụng PyMol Để so sánh cấu trúc kiểu hoang dã với M300G đột biến, bạn phải tạo ra đột biến dựa trên mô hình tương đồng với chương trình PyMol. Sử dụng 'Wizard / đột biến gen' trình đơn để tạo ra các đột biến ! Đi vào tài khoản, đó là mô hình SWISS có thể cắt chuỗi của bạn cho mô hình cuối cùng và số axit amin là không hợp lệ nữa! • Tải mô hình kiểu tương đồng hoang dã một lần nữa và chồng lên hai cấu trúc. • So sánh hai cấu trúc trong khu vực của đột biến - những gì bạn có thể quan sát? Hiệu quả thực nghiệm quan sát thấy của các đột biến có thể được giải thích bởi các cấu trúc?  Nhiệm vụ 8/9.1: Ví dụ mô phỏng thành lập mô hình tương đồngTrình tự chuỗi đíchTrình tự chuỗi mẫuCRYSTALLOGRAPHIC AND SOLUTION STUDIES OF N-LITHOCHOLYL INSULIN: A NEW GENERATION OF PROLONGED-ACTING INSULINSCẤU TRÚC 3D CỦA KHUNG MẪUTHE STRUCTURE OF DES-PHE B1 BOVINE INSULINCẤU TRÚC 3D CHUỖI ĐÍCH TÌM ĐƯỢC