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Dalla sequenza alla struttura. O2O2 VLSEGEWQLVLV... VLSEGEWQLVLV... Sequenza Struttura Funzione.

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Presentazione sul tema: "Dalla sequenza alla struttura. O2O2 VLSEGEWQLVLV... VLSEGEWQLVLV... Sequenza Struttura Funzione."— Transcript della presentazione:

1 Dalla sequenza alla struttura

2 O2O2 VLSEGEWQLVLV... VLSEGEWQLVLV... Sequenza Struttura Funzione

3 Che informazioni offre la struttura? Conformazione dei siti attivi e di legame Orientazione dei residui conservati Interpretazione di meccanismi Visualizzazione di cavità Calcolo di potenziale elettrostatico …

4 Esempio FtsZ – divisione cellulare in procarioti, mitocondri e cloroplasti. Tubulina – componente strutturale dei microtubuli – comunicazione intracellulare e divisione cellulare. FtsZ e Tubulina hanno bassa similarità di sequenza e non sembrerebbero omologhe.

5 FtsZ e tubulina sono omologhe? Proteine che hanno conservato la struttura tridimensionale possono derivare da un progenitore comune anche se la divergenza della sequenza non permette più di riconoscere lomologia.

6 Burns, R., Nature 391: Picture from E. Nogales

7 Un altro esempio α-lattalbumina e lisozima possiedono: –Stesso fold –Moderata similarità –Diversa funzione

8

9 ALAPROTRP

10

11 up-and-down barrel greek key jelly-roll Esempi di folding:

12 Domìni

13 Struttura quaternaria

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17 Cristallografia a raggi X Ottenere cristalli della proteina – mm –Le singole molecole sono ordinate in modo periodico, ripetitivo. La struttura è determinata dai dati di diffrazione.

18 Diffrazione a raggi X

19 Image from

20 Schmid, M. Trends in Microbiology, 10:s27-s31.

21 Le proteine devono cristallizzare –Grande quantità –Solubili Accesso a radiazione adatta Tempo di calcolo per risolvere la struttura Cristallografia a raggi X

22 Instrumentation or synchrotron X-rays

23 Instrumentation ESRF - Grenoble ESRF - Grenoble

24 Instrumentation Elettra - Trieste

25 Dalla densità elettronica al modello strutturale + = Densità iniziale Interpretazione Struttura 3D La qualitá delle MAPPE dipende dalla risoluzione. La risoluzione dipende dalla qualitá dei cristalli.

26 Risoluzione

27 Campo magnetico NOE (Nuclear Overhauser Effect) NMR

28 Il campo magnetico Magnete a 400 MHz Magnete a 900 MHz Costo commerciale di uno spettrometro a 900 MHz: ca. 5 M n. di spettrometri 900 MHz operativi al mondo < 10

29 Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) Proteine in soluzione Limite di dimensione ~ 40 kDa Proteine stabili a lungo Marcatura con 15 N, 13 C, 2 H. Strumentazione molto costosa Tempo per assegnare le risonanze

30 Regions of the 1 H NMR Spectrum are Further Dispersed by the 3D Fold What would the unfolded protein look like?

31 Resolve Peaks By Multi-D NMR A BONUS regions in 2D spectra provide protein fingerprints If 2D cross peaks overlap go to 3D or 4D …..

32 Conformational Ensemble Representing an NMR Structure C N

33 Pro e contro X-ray Richiede cristalli, problematico Non ha limiti (teorici) di grandezza Piú preciso Risoluzione Struttura può essere deformata dai cristalli, rigida Una soluzione NMR Possibile in soluzione, più semplice Limitato a proteine fino a circa 300 residui Meno preciso Numero di vincoli Struttura nativa in soluzione, flessibile Molti modelli

34 X-rayNMR

35 Protein Data Bank (PDB) URL: Coordinate 3-D di strutture proteiche Formato unico Tutte le strutture risolte con i raggi X e NMR Più vecchia della maggior parte degli altri database Strutturata male a causa dello sviluppo storico

36 Il Protein Data Bank

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40 Crescita del PDB

41 Motivi strutturali depositati ogni anno

42 Superfamiglie depositate ogni anno

43 Formato PDB I HEADER ONCOGENE PROTEIN 06-JUN P 121P 2 COMPND H-RAS P21 PROTEIN COMPLEX WITH GUANOSINE-5'-[B,G-METHYLENE] 121P 3 COMPND 2 TRIPHOSPHATE 121P 4 SOURCE HUMAN (HOMO SAPIENS) CELLULAR HARVEY-RAS GENE TRUNCATED AND 121P 5 SOURCE 2 EXPRESSED IN (ESCHERICHIA COLI) 121P 6 AUTHOR U.KRENGEL,K.SCHEFFZEK,A.SCHERER,W.KABSCH,A.WITTINGHOFER, 121P 7 AUTHOR 2 E.F.PAI 121P 8... REMARK 1 121P 17 REMARK 1 REFERENCE 1 121P 18 REMARK 1 AUTH U.KRENGEL,I.SCHLICHTING,A.SCHEIDIG,M.FRECH,J.JOHN, 121P 19 REMARK 1 AUTH 2 A.LAUTWEIN,F.WITTINGHOFER,W.KABSCH,E.F.PAI 121P 20 REMARK 1 TITL THE THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE OF P21 IN THE 121P 21 REMARK 1 TITL 2 CATALYTICALLY ACTIVE CONFORMATION AND ANALYSIS OF 121P 22 REMARK 1 TITL 3 ONCOGENIC MUTANTS 121P 23 REMARK 1 REF NATO ASI SER.,SER.A V P 24 REMARK 1 REFN ASTM NALSDJ US ISSN P SEQRES MET THR GLU TYR LYS LEU VAL VAL VAL GLY ALA GLY GLY 121P 56 SEQRES VAL GLY LYS SER ALA LEU THR ILE GLN LEU ILE GLN ASN 121P 57 SEQRES HIS PHE VAL ASP GLU TYR ASP PRO THR ILE GLU ASP SER 121P 58...

44 Formato PDB II HELIX 1 A1 LYS 16 GLN P 80 HELIX 2 A2 SER 65 THR P SHEET 1 S 6 GLU 37 ILE P 85 SHEET 2 S 6 GLU 49 THR O LEU 53 N LYS P 86 SHEET 3 S 6 THR 2 VAL 9 1 N LEU 6 O ASP P TURN 1 T1 ALA 11 VAL P 91 TURN 2 T2 ILE 46 GLU P 92 TURN 3 T3 ALA 83 ASN P ATOM 1 N MET P 104 ATOM 2 CA MET P 105 ATOM 3 C MET P 106 ATOM 4 O MET P 107 ATOM 5 CB MET P 108 ATOM 6 CG MET P 109 ATOM 7 SD MET P 110 ATOM 8 CE MET P 111 ATOM 9 N THR P 112 ATOM 10 CA THR P 113 ATOM 11 C THR P HETATM 1324 PG GTO P1427 HETATM 1325 O1G GTO P1428 HETATM 1326 O2G GTO P1429 HETATM 1327 O3G GTO P XYZB-factor

45 ATOM 1 CA GLU HXN 170 ATOM 2 C GLU HXN 171 ATOM 3 O GLU HXN 172 ATOM 4 N SER HXN 173 ATOM 5 CA SER HXN 174 ATOM 6 C SER HXN 175 ATOM 7 O SER HXN 176 ATOM 8 CB SER HXN 177 ATOM 9 OG SER HXN 178 ATOM 10 N THR HXN 179 ATOM 11 CA THR HXN 180 ATOM 12 C THR HXN 181 ATOM 13 O THR HXN 182 ATOM 14 CB THR HXN 183 ATOM 15 OG1 THR HXN 184 ATOM 16 CG2 THR HXN 185

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