4. Predizione di struttura secondaria (+esercitazione gor iv e protscale)

Predizione di struttura

Per predizione di struttura si intende immaginare di riprodurre il processo di folding, cioè di ripiegamento, della proteina. Possiamo predire la struttura secondaria o terziaria. Tuttavia i meccanismi di folding sono, anche se non del tutto, sconosciuti.

Struttura secondaria

I principali elementi di struttura secondaria sono alfa-eliche, beta strand e loop. Le alfa eliche vanno ricercate in porzioni costituite da 5 fino a 40 amminoacidi; i beta strand vanno, invece, ricercati in porzioni costituite da 5 fino a 10 aminoacidi.

Si distinguono due tipologie di metodi che permettono di predire la struttura secondaria: si riconoscono metodi basati sull’analisi della sequenza proteica (viene analizzato ogni singolo aminoacido) e metodi basati sui multiallineamenti (caratterizzati da una migliore qualità di predizione). Quando si fa predizione è più facile predire un’alfa elica. Questa è stabilizzata da legami idrogeno tra aminoacidi vicini; quindi, i legami idrogeno si formano a livello locale, differentemente dai foglietti beta in cui i legami idrogeno si formano tra due beta strand. Quindi, non essendo, in questo caso, i legami idrogeno locali, la predizione è più complessa.

Algoritmi di predizione

La predizione di struttura può essere effettuata con vari algoritmi. Si distinguono tre categorie principali di algoritmi:

• Algoritmi di prima generazione: sono basati sull'analisi dei singoli aminoacidi;
• Algoritmi di seconda generazione: sono basati anch’essi sulla sequenza, ma analizzano frammenti di sequenza e non singoli amminoacidi;
• Algoritmi di terza generazione: sono basati sui multi allineamenti.

Tra gli algoritmi di prima generazione si ricorda l’algoritmo di Chou e Fasman. Questo metodo prevede la costruzione di una tabella contenente i valori relativi alla probabilità di un aminoacido di formare una struttura piuttosto che un’altra. La propensione di un aminoacido a formare una determinata struttura è calcolata come:

• (P_i/Helix)/P_i; cioè numero di aminoacidi trovati in un’alfa elica/numero di alfa eliche di una proteina. Questo rapporto ci indica la probabilità di trovare l’aminoacido “i” in un’alfa elica.
• (P_i/B-strand)/P_i; cioè numero di aminoacidi trovati in un B-strand/numero di B-strand di una proteina. Questo rapporto ci indica la probabilità di trovare l’aminoacido “i” in un B-strand.
• (P_i/Loop)/P_i; cioè numero di aminoacidi trovati in un loop/numero di loop di una proteina. Questo rapporto ci indica la probabilità di trovare l’aminoacido “i” in un loop.

Se (P_i/Helix)/P_i > 1, l’amminoacido propende a formare un’alfa elica; se (P_i/B-strand)/P_i > 1, l’amminoacido propende a formare un beta-strand; se (P_i/Loop)/P_i > 1, l’amminoacido propende a formare un loop (anche detto turn o anche coil). Per ogni aminoacido sono state calcolate le tre propensioni e riportate all’interno di una tabella.

Quindi, utilizzando questa tabella contenente i vari valori delle propensioni di ogni singolo aminoacido, si può arrivare a predire la struttura secondaria. Immaginiamo di avere una sequenza aminoacidica del tipo: ABCDEABFGHDE

Considero il primo aminoacido e, consultando la...