Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2020

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2019
• 2018
• 2017
• 2016
• 2015

• ...

Практикум 2. Атлас контактов

Вам предстоит выполнить исследовательский мини-проект, направленный на изучение контактов биомолекул в составе комплексов, а также контактов с биомолекул с лигандами. В качестве комплексов для изучения необходимо рассмотреть белки, упоминающиеся в школьной программе 10-11 класса.

Разбейтесь на группы по 3-4 человека и записаться в таблицу. Внести ссылку на страницу, на которой будет размещен отчет о вашей деятельности (отчет можно разместить только у одного участника команды, но остальные должны поставить ссылку на своих учебных страницах).

Дедлайн: 30 марта, в день коллоквиума.

Формат отчета: html страница с текстовым содержимым и графическими иллюстрациями, полученными при помощи jmol.

Содержание отчета:

Введение:

• Описание выбранной биомолекулы (или комплекса)
  • Ее идентификаторы PDB ID, Uniprot ID
  • Функциональная роль
  • Попробуйте найти информацию, как функция реализуется на уровне структуры:
    • Какие остатки наиболее важны?
    • Какую функцию они выполняют? Как?
  • Со ссылками на литературу
• Описание низкомолекулярных лигандов в составе комплекса
  • Описание функции каждого лиганда, как он оказался в модели, играет ли он важную роль в функционировании молекулы при физиологических условиях или является ингибитором/примесью?
  • Изображение в шариково-стержневой модели с подписанными именами тяжелых атомов + jmol-апплет с соответствующей моделью

Информация о физико-химических свойствах:

• Название по IUPAC
• Химическая формула
• Брутто-формула
• Молярная масса

• Ссылка на идентификатор в базе данных PubChem

Контакты

Для отображение используйте JMOL-апплет со скриптом:

• который последовательно показывает все перечисленные контакты
• показывает имена тяжелых атомов аминокислот, вовлеченных во взаимодейтсвие
• при помощи команды "echo" выводит строку, содержащую:
  • тип контакта
  • номера и трехбуквенные коды аминокислот, вовлеченных во взаимодейсвтие.
• Апплет также должен иметь кнопки "Запустить скрипт" и "Сохранить изображение".
• Ссылка на скрипт должна быть размещена на странице отчета.
• Там, где это разумно (например для водородных связей), необходимо отобразить геометрические параметры контактов.

В тексте отчета должна быть кратко описана процедура поиска контактов (какой бы они ни была) и соображения (в свободной форме) о функциональной роли данного контакта. Если вам удастся найти описание выбранного контакта в литературе, то будет просто замечательно.

Информация о белок-белковых контактах:

Внимательно изучите структуру выбранного вами комплекса и попытайтесь самостоятельно определить ключевые точки внутри- и межмолекулярных контактов. Приведите как минимум по 2 примера контактов каждого типа с указанием номеров и имен вовлеченных остатков и атомов.

Интересующие нас типы контактов:

• Основные – приведите как минимум 2 примера для каждого типа

  • Водородные связи (втч. можете поискать пи-водородные связи, но будьте очень внимательны к геометриям!)
  • Солевые мостики

• Дополнительные – приведите как минимум 2 примера, если такое количество набирается в вашей структуре

  • Ковалентные связи (дисульфидные мостики, координация металлов)
  • Стэкинг (втч. гидрофобный)

• Исследуйте плотность упаковки атомов в гидрофобном ядре.

  • Выберите гидрофобный остаток, боковая цепь которого упакована в гидрофобное окружение. Выбирайте крупный остаток, например, тирозин или фенилаланин.

  • Определите свой остаток в команде define под именем MyResidue. Создайте в скрипте следующие изображения (с раскраской по химическим элементам):

  • Изображение вашего остатка в виде ван-дер-ваальсовых радиусов зеленого цвета. Отцентрованное.

    b. Предыдущее изображение + 'cpk 20' для соседних остатков (у которых хотя бы один атом находится на расстоянии не более 7 ангстрем от MyResidue). Покрасьте атомы MyResidue зеленым, а остальные атомы - по химическим элементам.

    Соседние атомы можно выделить командой 'select within (7.0, MyResidue)', но учтите - сами атомы из MyResidue находятся от самих себя на расстоянии 0 ангстрем, что меньше семи. Так что они тоже выделяются этой командой. Чтобы команда 'cpk 20' не заменила ван-дер-ваальсовы радиусы атомов из MyResidue на маленькие точки, надо придумать более сложную команду select. Используйте логические операторы - AND, OR, NOT.

    c. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 1 ангстрем от MyResidue. Цвет - по химическим элементам (cpk)

    d. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 2 ангстрем от MyResidue.

    e. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 3 ангстрем от MyResidue.

    f. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 4 ангстрем от MyResidue.

    g. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 5 ангстрем от MyResidue.

    h. Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 6 ангстрем от MyResidue.

  • Предыдущее изображение + ван-дер-ваальсовы радиусы для атомов, находящихся на расстоянии не более 7 ангстрем от MyResidue. Для выполнения пп. c-i можно написать много раз одинаковые команды, различающиеся только расстоянием. Однако любители программирования могут использовать цикл for, примерно такого вида

       for (var i = 1; i <= 7; i++ ) {
        # Тут пишем любые команды.
        # При этом можно использовать переменную i в таком виде: @{i}.
        # Например, within (@{i}, :a) или echo @{"text " + @{i}}
       }

    На основании пп. c-i сделайте вывод о плотности расположения атомов в гидрофобном ядре. В отчете должны быть ответы на следующие вопросы:
    • На каком минимальном расстоянии от остатка расположены атомы, которые полностью покрывают его поверхность (так, что практически не видно атомов этого остатка)?
    • Какое характерное расстояние между соседними не связанными ковалентно атомами в белке?
    • Может ли между соседними атомами поместится еще один? Например, молекула воды, которая по сути - один большой кислород.

Информация о лиганд-биомолекулярных контактах:

Нужно рассмотреть контакты белка или нуклеиновой кислоты с низкомолекулярным(и) лигандами. Если хватает уникальных лигандов и взаимодействий, приведите как минимум по 2 примера контактов каждого типа (ковалентные, водородные, солевые, стэкинг). Если вы считаете, что какого-то типа контактов нет, напишите об этом в явном виде.

Если лиганд большой и имеет сильно больше контактов какого-то типа с белком, рассматривать их все не обязательно.

Информация о нк-белковых контактах:

Если в выбранной структуре присутствуют нуклеиновые кислоты, то все аналогично. Достаточно 1-2 примеров.

Личный вклад

В конце отчета добавьте раздел с описанием личного вклада участников. В качестве образца можете взглянуть на пример из Science

Author contributions: IF and SNE conceived the study. The initial dual choice assay was designed by SNE, IF, and RM; and performed by SNE and RM. RI, SRH designed, and SNE performed the two-choice olfactometer assay. RM, A-K B-K and GB designed, performed the GC-MS and analyzed the results. GB also designed the SPME collection of volatiles and designed the release of volatiles for bioassay. RM, PL and SNE designed and performed the respirometry experiments. SNE designed, and SNE and SH performed the mosquito fitness study. SNE performed parasite culturing, mosquito infections as well as the feeding proportion study and the statistical analyses. BL designed the temporal transcriptome study and prepared RNA for Illumina sequencing. SNE, BL, and SRH performed bioinformatics analyses of the sequencing data. BL performed the mosquito total protein assay. BL, SNE constructed figures and tables. IF, SNE and SH designed and SH created the artwork. IF, BL, RI, SRH and SNE wrote the manuscript. All authors proofread and commented on the final draft of the manuscript. The authors declare no competing financial interests.

Ссылки на источники:

Вся использованная литература или ресурсы.