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PROTEINAS
Las   proteínas <ul><li>Las  proteínas   son macromoléculas de masa molecular elevada, formadas por aminoácidos unidos med...
<ul><li>La unión de un número pequeño de aminoácidos da lugar a un péptido. </li></ul><ul><li>oligopéptido :  número de am...
Estructura
Estructura primaria de las proteínas <ul><li>Se refiere a la secuencia de aminoácidos, al orden y posición de estos.  </li...
Estructura secundaria de las proteínas <ul><li>Es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación...
 
Estructura secundaria de las proteínas <ul><li>b) Hélice de colágeno:   </li></ul><ul><li>Es una variedad de la estructura...
PROTEINAS <ul><li>Proteínas alfa+beta </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Las hélices y las hebras de las láminas tiende...
Estructura terciaria de las proteínas <ul><li>Es el modo en que esa cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir...
DOMINIOS EN LAS PROTEINAS <ul><li>Un dominio de plegamiento es una parte de una proteína cuyos residuos forman pocos conta...
DOMINIOS EN LAS PROTEINAS
Nivel de dominio de las proteínas <ul><li>Es una ordenación de fragmentos de estructura secundaria en una estructura terci...
ESTRUCTURA TERCIARIA DE LAS PROTEÍNAS   <ul><li>Se distinguen  dos tipos de estructura terciaria :  </li></ul><ul><li>Tipo...
 
Estructura cuaternaria <ul><li>Es la estructura tridimensional completa de una proteína formada por varias cadenas polipep...
Modelo de una  proteína  en 3D
Predicción de Estructura Secundaria
Descripción : Predicción de la estructura secundaria (alpha-beta-loop) de una proteína a partir de su secuencia de aminoác...
Métodos de 1 a  Generación Estos son métodos estadísticos basados en la tendencia que presentan los aminoácidos a adoptar ...
<ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>PHDsec  red neuronal que emplea alineamientos múltiples de secuencias. F...
Predicción de Estructura Secundaria Accesibilidad al Solvente
<ul><li>Objetivo : </li></ul><ul><li>Predecir exposición de un residuo al solvente.  </li></ul><ul><li>La accesibilidad se...
 
<ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>PHD </li></ul><ul><li>PROFphd </li></ul><ul><li>JPred2 </li></ul><ul><li...
Predicción de Estructura Secundaria Predicción de Proteínas Transmembrana
<ul><li>Descripción : </li></ul><ul><li>Uno de los mayores retos de la proteómica es la determinación de la estructura de ...
 
 
<ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>MEMSAT  introduce un programa dinámico de optimización para encontrar la...
Predicción de Estructura Secundaria EVA : Evaluación de Servidores Automáticos de Predicción de Estructura Secundaria
<ul><li>EVA : Objetivos </li></ul><ul><li>Continua, automática y estadísticamente significativa evaluación de los servidor...
 
 
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Bioinformatica Proteinas

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  1. 1. PROTEINAS
  2. 2. Las proteínas <ul><li>Las proteínas son macromoléculas de masa molecular elevada, formadas por aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. </li></ul><ul><li>Pueden estar formadas por una o varias cadenas. </li></ul><ul><li>Las proteínas son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. </li></ul><ul><li>Suelen además contener azufre y algunas proteínas contienen además fósforo, hierro, magnesio o cobre, entre otros elementos . </li></ul>
  3. 3. <ul><li>La unión de un número pequeño de aminoácidos da lugar a un péptido. </li></ul><ul><li>oligopéptido : número de aminoácidos <10 </li></ul><ul><li>polipéptido : número de aminoácidos > 10 </li></ul><ul><li>proteína : número de aminoácidos > 50 </li></ul><ul><li>Las proteínas, son las más abundantes de las biomoléculas, pues constituyen más del 50 por ciento del peso seco de las células. </li></ul><ul><li>Se forman en el ribosoma a partir de la información suministrada por los genes. </li></ul>
  4. 4. Estructura
  5. 5. Estructura primaria de las proteínas <ul><li>Se refiere a la secuencia de aminoácidos, al orden y posición de estos. </li></ul><ul><li>Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos (enlaces covalentes). </li></ul><ul><li>El orden de aminoácidos le da su especificidad y también influye en la conformación final y en su función. </li></ul><ul><li>Este orden es consecuencia de la información del material genético (ADN). </li></ul>
  6. 6. Estructura secundaria de las proteínas <ul><li>Es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico. </li></ul><ul><li>Los puentes de hidrógeno se establecen entre los grupos -CO- y -NH- del enlace peptídico (el primero como aceptor de H, y el segundo como donador de H). </li></ul><ul><li>De esta forma, la cadena polipeptídica es capaz de adoptar conformaciones más estables, como: </li></ul><ul><li>a) Hélice alfa: </li></ul><ul><li>En esta estructura la cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma debido a los giros producidos en torno al carbono alfa de cada aminoácido. </li></ul><ul><li>Esta estructura se mantiene gracias a los enlaces de hidrógeno intercatenarios formados entre el grupo -NH de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto aminoácido que le sigue. </li></ul>
  7. 8. Estructura secundaria de las proteínas <ul><li>b) Hélice de colágeno: </li></ul><ul><li>Es una variedad de la estructura secundaria es la que forma el colágeno, que esta presente en tendones y tejidos conectivos, y posee una estructura rígida. </li></ul><ul><li>c) Beta laminas o de láminas plegadas: </li></ul><ul><li>La forma en beta es una conformación simple formada por dos o más cadenas polipeptídicas paralelas (que corren en el mismo sentido) o antíparalelas (que corren en direcciones opuestas) y se adosan estrechamente por medio de puentes de hidrógeno y diversos arreglos entre los radicales libres de los aminoácidos. </li></ul><ul><li>Esta conformación tiene una estructura laminar y plegada, a la manera de un acordeón. </li></ul><ul><li>Algunas proteínas conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian entre sí estableciendo uniones mediante enlaces de hidrógeno intercatenarios. </li></ul><ul><li>Todos los enlaces peptídicos participan en este enlace cruzado, confiriendo así gran estabilidad a la estructura. </li></ul>
  8. 9. PROTEINAS <ul><li>Proteínas alfa+beta </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Las hélices y las hebras de las láminas tienden a estar segregadas (no alternadas) en la secuencia. Las láminas tienden a ser paralelas. </li></ul><ul><li>Pequeñas proteínas </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Suelen tener menos de 60 aminoácidos. Son pobres en elementos de estructura secundaria. Su estructura tridimensional está frecuentemente estabilizada por puentes disulfuro o por cationes unidos . </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  9. 10. Estructura terciaria de las proteínas <ul><li>Es el modo en que esa cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir, a como se arrolla una determinada proteína globular. </li></ul><ul><li>Es la disposición de los dominios en el espacio. </li></ul><ul><li>La estructura terciaria se dispone de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior. </li></ul><ul><li>Está estabilizada por enlaces covalentes entre Cys, puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, interacciones hidrofóbicas y las interacciones de Van der Waals, entre cadenas laterales. </li></ul>
  10. 11. DOMINIOS EN LAS PROTEINAS <ul><li>Un dominio de plegamiento es una parte de una proteína cuyos residuos forman pocos contactos con el resto. </li></ul><ul><li>Existen proteínas que posen un solo dominio, otras sin embargo, tienen varios. </li></ul><ul><li>Los dominios suelen conectarse en un solo punto. </li></ul><ul><li>La estructura de cada dominio puede ser cualquiera de las descritas para proteínas monodominio. </li></ul><ul><li>Genes que en un organismo dan lugar a varias proteínas pueden, en otro, estar fusionados y codificar una proteína multidominio. </li></ul>
  11. 12. DOMINIOS EN LAS PROTEINAS
  12. 13. Nivel de dominio de las proteínas <ul><li>Es una ordenación de fragmentos de estructura secundaria en una estructura terciaria y se estabiliza por enlaces de hidrógeno entre cadenas. </li></ul><ul><li>Se define como una unidad compacta, de características globulares, que suele comprender entre 30-150 aminoácidos y se considera que esta conformación está determinada por la secuencia de aminoácidos. </li></ul>
  13. 14. ESTRUCTURA TERCIARIA DE LAS PROTEÍNAS <ul><li>Se distinguen dos tipos de estructura terciaria : </li></ul><ul><li>Tipo fibroso en las que una de las dimensiones es mucho mayor que las otras dos. Ejemplo: el colágeno, la queratina del cabello o la fibroína de la seda. </li></ul><ul><li>En este caso, los elementos de estructura secundaria (hélices a u hojas pueden mantener su ordenamiento sin recurrir a grandes modificaciones, tan sólo introduciendo ligeras torsiones longitudinales, como en las hebras de una cuerda. </li></ul><ul><li>Tipo globular , más frecuentes, en las que no existe una dimensión que predomine sobre las demás, y su forma es aproximadamente esférica. </li></ul><ul><li>En este tipo de estructuras se suceden regiones con estructuras al azar, hélice a hoja b, acodamientos y estructuras supersecundarias . </li></ul>
  14. 16. Estructura cuaternaria <ul><li>Es la estructura tridimensional completa de una proteína formada por varias cadenas polipeptídicas (subunidades). </li></ul><ul><li>Un ejemplo típico es la hemoglobina, que está formada por 4 subunidades de globina: alfa1, beta1, alfa2 y beta2. </li></ul><ul><li>La mayor parte de la molécula tiene estructura secundaria de alfa-hélice y no hay hoja beta. </li></ul><ul><li>Cada subunidad de globina tiene unido un grupo hemo (una molécula de protoporfirina IX complejada con un ion Fe2+), responsable del color rojo de la hemoglobina y de la sangre . </li></ul>
  15. 17. Modelo de una proteína en 3D
  16. 18. Predicción de Estructura Secundaria
  17. 19. Descripción : Predicción de la estructura secundaria (alpha-beta-loop) de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos. La estructura secundaria se asigna generalmente de forma automática a partir de interacciones no locales, esto es en función de su perfil de puentes de hidrógeno entre los grupos carbonilos y NH del esqueleto o &quot;backbone&quot;.  La mayoría de métodos usan redes neuronales u otros algoritmos que se entrenan con proteínas de estructura secundaria conocida para pasar luego a la predicción. Muchos de estos métodos usan información adicional proveniente, por ejemplo, de alineamientos múltiples.
  18. 20. Métodos de 1 a Generación Estos son métodos estadísticos basados en la tendencia que presentan los aminoácidos a adoptar estructuras secundarias. El primero, propuesto por Chou y Fasman en 1974 empleaba estadísticas extrapoladas de las 15 estructuras de proteínas determinadas por rayos-X. Tendencias que se basaban en las propiedades estereoquímicas y fisicoquímicas de los diferentes residuos (casos especiales son glicina y prolina). Este método se ha mejorado aumentando el número de proteínas empleadas. El método presenta una fiabilidad de ~50% (cuando se emplean 62 proteínas para obtener las estadísticas).
  19. 21. <ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>PHDsec red neuronal que emplea alineamientos múltiples de secuencias. Fiabilidad ~70%. </li></ul><ul><li>Jpred2   dos redes neuronales e información evolutiva (PsiBlast). Versión 2 combina los resultados de 4 redes (JNet, NSSP, Predator, PHD) </li></ul><ul><li>PROF Basado en alineamientos múltiples y otras características de los residuos obtenidas de bases de datos. Fiabilidad de ~70%. </li></ul><ul><li>PSIpred   usa perfiles de PsiBlast (filtrando los resultados) y redes neuronales (combina los resultados de varios métodos de predicción de estructura secundaria). Acierto >76%. </li></ul><ul><li>SAM-T99 Una red neuronal y perfiles de alineamientos múltiples mejorados mediante el empleo de &quot;Hidden Markov&quot;. </li></ul><ul><li>SSpro redes neuronales recurrentes y bidireccionales de ventanas fijas y de pequeño tamaño que permiten usar la cadena proteica completa como input. </li></ul>
  20. 22. Predicción de Estructura Secundaria Accesibilidad al Solvente
  21. 23. <ul><li>Objetivo : </li></ul><ul><li>Predecir exposición de un residuo al solvente. </li></ul><ul><li>La accesibilidad se puede describir de varias formas. </li></ul><ul><li>El método mas detallado y rápido calcula la accesibilidad estimando el volumen expuesto al solvente de cada residuo embebido en una estructura (método desarrollado por Connolly y implementado posteriormente en DSSP).  </li></ul>
  22. 25. <ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>PHD </li></ul><ul><li>PROFphd </li></ul><ul><li>JPred2 </li></ul><ul><li>PHD y PROFphd (a través de PredictProtein) emplean redes neuronales e incluyen información de los alineamientos. Estos dos servidores son los únicos que predicen valores reales para la accesibilidad relativa. </li></ul><ul><li>JPred2 emplea perfiles de PsiBlast como input para sus redes neuronales y devuelve dos estados &quot;buried/exposed&quot;. </li></ul>
  23. 26. Predicción de Estructura Secundaria Predicción de Proteínas Transmembrana
  24. 27. <ul><li>Descripción : </li></ul><ul><li>Uno de los mayores retos de la proteómica es la determinación de la estructura de proteínas transmembrana, ya que son difíciles de cristalizar y de analizar mediante NMR. De aquí su interés. </li></ul><ul><li>Existen dos clases principales de proteínas de membrana : </li></ul><ul><li>las que introducen hélices en la bicapa lipídica y, </li></ul><ul><li>proteínas que forman poros constituidos por barriles de betas (tipo porínas). </li></ul><ul><li>Hasta el momento no existen servidores públicos para este segundo grupo debido a la falta de información experimental. La situación es muy diferente para las hélice transmembrana. </li></ul><ul><li>La estructura 3D se puede determinar conociendo la precisa localización de las hélices transmembrana explorando simplemente todas las conformaciones posibles.  </li></ul>
  25. 30. <ul><li>Servidores disponibles: </li></ul><ul><li>MEMSAT introduce un programa dinámico de optimización para encontrar la mejor predicción basada en preferencias estadísticas </li></ul><ul><li>TMAP emplea preferencias estadísticas y perfiles de alineamiento </li></ul><ul><li>PHD combina redes neuronales que emplean información evolutiva con programas dinámicos de optimización para mejorar la predicción </li></ul><ul><li>DAS optimiza el uso de perfiles hidrofóbicos </li></ul><ul><li>SOSUI combinación de preferencias hidrofóbicas y anfipáticas para predecir hélices transmembrana </li></ul><ul><li>TMHMM es el mas avanzado de los métodos y aparentemente el de mayor fiabilidad . Implementa la información estadística y estas reglas indicadas en los modelos matemáticos &quot; Hidden Markov&quot; para optimizar las predicciones y la localización y orientación de las hélices </li></ul>
  26. 31. Predicción de Estructura Secundaria EVA : Evaluación de Servidores Automáticos de Predicción de Estructura Secundaria
  27. 32. <ul><li>EVA : Objetivos </li></ul><ul><li>Continua, automática y estadísticamente significativa evaluación de los servidores de predicción de estructura de proteínas basándose en estructuras ya conocidas. </li></ul><ul><li>Métodos que cubre : </li></ul><ul><li>Predicciones 1D (estructura secundaria, accesibilidad) </li></ul><ul><li>Predicciones 2D (distancias interresiduales) </li></ul><ul><li>Predicciones 3D (modelado por homología) </li></ul><ul><li>Predicciones 3D (métodos de hilvanado o “threading” restringido a buscar homologías entre secuencias) </li></ul><ul><li>Predicción de nuevos plegamientos </li></ul>
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