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G Q L I R E A Y E D Y R H F S S E C P F I P sono complessati in speci che strutture secondarie. A questo punto si crea una | | | | |. . . E C Y E Y B R H R . . . . predizione statistica sulla speci ca posizione che ci indica la propensione di quegli AA oj-4 j-3 j-2 j-1 j j+1 j+2 j+3 j+4 quella sezione di AA ad strutturarsi in una L H H H H H H L L speci ca struttura secondaria. Nella terza fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi Appunti di Marco Morosetti Appunti di Marco Morosetti Appunti di Marco Morosetti generazione di predizione troviamo una nota importante per quanto riguarda l'omologia di sequenza. Infatti possono essere tenuti di conto moltissimi parametri come ES stessa specie ecc. a nché si possa predire correttamente la struttura. È importantissimo conoscere e ricordare il gra co sulla omologia e similarità. fi ffi Appunti di Marco Morosetti Appunti di Marco Morosetti Appunti di Marco Morosetti Classi cazione delle strutture proteiche Le sequenze proteiche simili hanno

SCOP si divide in livelli: classi (più generale possibile Tot 10); folds (648), superfamiglie (1007) e famiglie (livello più piccolo - 1699). L'omologia delle strutture proteiche può essere espressa in considerazione a livello di superfamiglia/famiglia.

Le classi di SCOP sono una decina e sono molto semplici in quanto sono specifiche per caratteristiche generiche: proteine all alpha (es. emoglobina); proteine all beta (es. immunoglobulina), proteine alpha/beta (a/b -> alternanza delle strutture secondarie, solitamente beta-parallele; a+b -> separazione delle strutture all'interno della proteina, solitamente beta-antiparallele) es. triofosfato isomerasi (a/b), lisozima (a+b).

I fold di SCOP identificano proteine che possiedono il 50% della struttura secondaria arrangiati nella stessa modalità (topologia) e in 3D. A questo livello

Non possiamo parlare di omologia e quindi di relazioni evoluzionistiche. ES bundle, barrel, sandwich, roll. Le superfamiglie di SCOP possono avere un collegamento remoto di relazione evoluzionistica. Esse tra loro hanno una bassa somiglianza di sequenza ma hanno funzioni e caratteristiche simili. Infatti la sequenza non ci può indicare la specifica famiglia. Le famiglie di SCOP contengono proteine con una percentuale di identità maggiore del 30% e possono considerarsi omologhe. All'interno di ogni famiglia sono contenuti i domini specifici delle proteine.

CATH = questo server di classificazione, più recente rispetto a SCOP, prende il nome della gerarchia della classificazione stessa: Class; Architecture; Topology; Homologous. Infatti esso è suddiviso in queste tipologie di livelli gerarchici che ricordano molto quelli di SCOP. Le differenze stanno nella considerazione da parte di SCOP di un unico livello gerarchico (Fold) per quanto riguarda l'architettura.

E la topologia. Inoltre in CATH si passa subito ad un livello per l'omologia.- Le classi di CATH sono solamente 4: Mainly Alfa; Mainly Beta, Alpha e beta; Few secondary structure.- L'architettura di CATH è definita come l'orientamento e disposizione delle strutture secondarie nello spazio, escludendo la topologia della proteina.- La topologia di CATH prende in considerazione il ripiegamento (fold-topologia) della proteina in maniera da comparare anche le connettività tra gli elementi di struttura secondaria. ES in foto.- L'omologia di CATH prende in considerazione all'interno della stessa topologia le strutture con una sequenza simile (>30%). Possono essere contenute con una % di similarità minore, ma devono avere una omologia fondata. Anche in questo caso abbiamo all'interno del livello omologia i domini specifici delle proteine.

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Da dati statistici sui nuovi fold scoperti all'anno è possibile vedere che dal 2008 non ci sono fold disponibili da scoprire (1400 fold scoperti). Questo indica che se anche la maggior parte delle proteine debbono essere ancora scoperte, i ripiegamenti che avranno al loro interno avranno un fold uguale a quello già studiato. Questo indica che possiamo sviluppare una predizione della struttura della proteina in base alla sequenza che la stessa possiede, in quanto comunque si ripiegherà in un fold del quale conosciamo la disposizione nello spazio.

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Determinazione della struttura proteica

In quanto le modalità per studiare la struttura avvengono attraverso metodiche costose e impegnative; si è pensato di creare di predire la struttura della proteina attraverso lo studio della sequenza.

La predizione di struttura secondaria si è riuscito molto bene, ma per la struttura terziaria ci sono delle difficoltà.

Per la predizione di struttura pratica ci sono degli approcci importanti che vanno ad analizzare la sequenza e riconoscere i punti importanti o le proprietà degli AA. Dovrebbe essere possibile sfruttare i principi fisici per creare la predizione. Alcuni approcci sono:

1. Ab initio, dove si tengono in considerazione solo i principi fisici (potrebbe dare dei risultati molto validi ma ci sono molte situazioni da tenere in considerazione - ottimo per peptidi piccoli)
2. Lattice Model, dove si estraggono dal PDB alcune caratteristiche di disposizione degli AA nella struttura e considerarle come tali.

Nella determinazione delle struttura è importante tenere conto delle proprietà caratteristiche delle proteine come ad esempio il fatto che gli AA polari si ritrovano all'esterno delle proteine.

La struttura e gli AA non polari si ritrovano all'interno della struttura. Folding problem taken from Jeff. Skolnick et al.

La sequenza proteica codifica la struttura tridimensionale e permette il ripiegamento in pochi secondi (Esperimento di Anfinsen). La struttura nativa della proteina è termodinamicamente e cineticamente stabile (ricorda la reazione chimica: termodinamica dall'inizio alla fine; cineticamente il percorso).

Levinthal, che si pose il problema del tempo necessario affinché una proteina potesse raggiungere il suo stato di equilibrio. Infatti, supponeva che il numero di conformazioni accessibili al singolo amminoacido sia uguale al tempo di ripiegamento della proteina. Secondo Levinthal, il numero di conformazioni possibili è 2^N, che corrisponde a 2 elevato al numero di amminoacidi (ad esempio, per una catena polipeptidica di 100 amminoacidi, il numero di conformazioni possibili è 2^100).

più di 1100possiede la minor energia libera. L’esperiemento è stato limitatoche il tempo di interconversione da una conformazione allaall’assunzione che ogni AA possa posizionarsi o come alfa elica o come10 secondi, il tempo necessario per una ricerca casuale-11beta foglietto. In questo modo la proteina haè di 10 anni.11un numero di strutture da provare pari a 10 e30se anche calcolassimo un numero bassissimodi tempo per ogni struttura arriveremmo a10 anni per provarle tutte -> impossibile! Per11questo la soluzione fu che il processo diripiegamento è guidato da termini energetici/cinetici che passando per vari step arrivanoalla struttura terziaria in pochi secondi.La soluzione di Levinthal a questo paradosso è stata chefi fi fi fi fiAppunti di Marco Morosetti Appunti di Marco Morosetti Appunti di Marco MorosettiPredizione di struttura proteicaIl modo più e ciente per predire la struttura proteica di una proteinasconosciuta