HOMOLOGY MODELLINGHOMOLOGY MODELLINGModelado por homologia o comparativoModelado por homologia o comparativo

ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEGHADSASDEYAHLRILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEAHADSMCDEYAHIRLMNPERSTVAGGHQWERT----GSFKEWYAAHADD

Que es el modelado por homologQue es el modelado por homología?a?

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

Por que usar HM?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….

El universo de los “folds” posiblesEl universo de los “folds” posibles

Cuan Cuan grande grande es??es??

Se estima que entre 1000-5000Se estima que entre 1000-5000

Como va el trabajo?Como va el trabajo?

Estructuras depositadasEstructuras depositadas%Nuevos Folds%Nuevos Folds

Proyecto Proteomica estructuralProyecto Proteomica estructural

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000500000

1980 1985 1990 1995 2000

1000020000

3000040000

5000060000

7000080000

0

Se

qu

en

ce

sS

eq

ue

nc

es S

truc

ture

sS

truc

ture

s

90000100000

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000500000

1980 1985 1990 1995 2000

1000020000

3000040000

5000060000

7000080000

0

Se

qu

en

ce

sS

eq

ue

nc

es S

truc

ture

sS

truc

ture

s

90000100000

Hom. Mod.Hom. Mod.

Por que funciona el HM?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

Los 4 Pasos a seguir en HMLos 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

1-Busqueda del templado1-Busqueda del templado

Como primera aprox. BLAST-pdbSin templado NO hay modeloSe requiere que toda la secuencia del

“target” este representada en el templadoSe pueden utilizar mas de un templado

2-Alineamiento2-AlineamientoEs el paso crítico en HM!!!!Es el paso crítico en HM!!!!

Lo optimo es una identidad > 40%Entre 25-40% zona grisEl alineamiento debe ser a lo largo de toda

la secuencia “target”Alineamientos múltiples mejores que los de

a paresPequeños errores en alineamiento grandes

errores en el modelo

¿Cuando identidad secuencia ¿Cuando identidad secuencia implica similitud estructural?implica similitud estructural?

3a-Búsqueda de regiones conservadas 3a-Búsqueda de regiones conservadas estructuralmente (RCE)estructuralmente (RCE)

ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEGASDEYAHLRILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEAMCDEYAHIRLMNPERSTVAGGHQWERT----GSFKEWYAAHHHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCCCCCCCCBBBBBBBBB

TargetTmpl.1Tmpl.2

RCE #1 RCE #2

Helice RCE #1

Hoja B RCE #2

Las RCELas RCE

Corresponden a las regiones estructuralmente mas estables de la proteína (Por gral. el interior)

Altamente conservadas, y por gral. sin GAPSUsualmente corresponden a elementos de

estructura secundaria

3b-Busqueda de regiones variables 3b-Busqueda de regiones variables estructuralmente (RVE)estructuralmente (RVE)

ACDEFGHIKLMNPQRST--FGHQWERT-----TYREWYEGASDEYAHLRILDPQRSTVAYAYE--KSFAPPGSFKWEYEAMCDEYAHIRLMNPERSTVAGGHQWERT----GSFKEWYAAHHHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCCCCCCCCBBBBBBBBB

TargetTmpl.1Tmpl.2

RVE (loop)

RVE (loop)

3c Generar coordenadas del 3c Generar coordenadas del modelo (x,y,z)modelo (x,y,z)

Usando las RCE como anclaje:Aminoácidos idénticos: transferir todas las

coordenadas del mismoAminoácidos similares: transferir

“backbone”, reemplazar cadena lateral respetando las torsiones ()

Aminoácidos diferentes: transferir solo el “backbone”

Agregar loops de las RVEAgregar loops de las RVEBiblioteca de loopsFGHQWERT

YAYE--KSTargetTmpl.

SecuenciaHQWERT

Estructura

Bibliotecas de loopsBibliotecas de loops

Loops extraídos de estructuras de alta resolución (< 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

Agregar cadenas lateralesAgregar cadenas laterales

Cuanto vale ?

Búsqueda en bibliotecas de rotameros para en relación con

Ultimo paso: Refinar el modelo Ultimo paso: Refinar el modelo “optimizando la geometria”“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)

4-Evaluacion del modelo:4-Evaluacion del modelo:que se puede evaluar?que se puede evaluar?

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

Una buena estructura posee:Una buena estructura posee:Mínimo numero de ángulos de torsión no

permitidos (Ramachandran plot)

Comparar con el templado!!

Tambien….Tambien….

Maximizar el empaquetamiento de residuos hidrofobicos

Minimizar la superficie hidrofobica expuesta a solvente

Maximizar la superficie hidrofílica expuesta a solvente

Maximizar numero de Puentes-HBuena estereoquímica en general

Errores en HMErrores en HM

Posición de la cad. Lat.

Desviaciones “backbone”

Falta de templado

Templado incorrecto

Mal alineamiento

Cuan bueno es el modelo?Cuan bueno es el modelo?

Y entonces que hago?Y entonces que hago?