Modelado por homología.

Cuando una secuencia de estructura desconocida tiene un homologo claro de estructura conocida se puede modelar basandose en esta estructura. Si la homología es alta y el alineamiento es bueno, las regiones con estructura secundaria (core de la proteina) no suelen tener problemas a la hora de modelarse, para ellas se toman las coordenadas del esqueleto y los Cb de la estructura molde. Para las regiones loop se usan distintas aproximaciones dependiendo del programa. Para las cadenas laterales se usan librerias de rotámeros y dinámica molecular o minimización de energía.

SWISS-MODEL.
[Acceso]
Hay muchos programas que hacen modelado por homología pero suelen ser complejos de usar y suelen requerir conocimiento experto humano. SWISS-MODEL tiene un interface WWW que lo hace muy sencillo de usar, es totalmente automático y su fiabilidad es comparable a los otros programas mas complejos. Ademas realiza todo el proceso, desde la búsqueda de proteinas cristalizadas homólogas hasta la generación del modelo 3D final.
La opcion de "modelo aproximado" comprueba si hay una estructura lo suficientemente homóloga para poder hacer el modelado, si existe, genera un primer modelo y datos que son necesarios para hacer luego el modelo refinado.
Principales problemas: Rotameros y modelado de loops.
El modelado por homología presenta dos limitaciones importantes. Por un lado, predecir las posibles disposiciones espaciales de las cadenas laterales de los residuos que conforman la cadena peptídica, donde son relevantes las librerías de rotámeros Y por otro, la predicción de la disposición espacial de los loops, problema este último más difícil de resolver.

Evaluación de modelos.

Una vez generado un modelo tridimensional de una proteina por alguno de los métodos descritos antes existen varios programas que evaluan la "calidad" de ese modelo basandose en distintos conceptos.

Biotech suite.
Servidor que evlua la calidad de una estructura usando 3 programas diferentes y luego combina los resultados.
[Información] [Enviar input]
Solv_Pref.
Programa de L. Holm y C. Sander que calcula la exposición al solvente de los residuos del modelo y la compara con preferencias de solvatación por residuo extraidas de bases de datos.
El programa se ejecuta localmente entrando:
solv_pref
Resultado: En general cualquier valor negativo de la energía de solvatación es indicativo de estructura estable. Otra buena medida es la relación entre la energía de solvatación y el numero de átomos: si este valor es <= -0.1 se puede considerar un buen modelo.
ProSA. (M. Sippl)
Programa basado en potenciales extraidos de bases de datos. Evalua cual es la energía del modelo tridimensional basada en estos potenciales. Se espera que los modelos malos tengan energías mas altas que los buenos.

Información adicional de herramientas informáticas implicadas en diferentes pasos en el modelado por homología.

Alineamiento inicial (sequencia/pdb): blast, clustal, hmm, hssp.

Modelado:

SwissModel

InsightII

WhatIf

Evaluación del modelo:

Es la estructura correcta? Hay partes que fallan?

Biotech. Suite de evaluación de estructuras proteicas:

Checks performed by PROCHECK V3.5:

     Covalent geometry
     Planarity
     Dihedral angles
     Chirality
     Non-bonded interactions
     Main-chain hydrogen bonds
     Disulphide bonds
     Stereochemical parameters
     Parameter comparisons
     Residue-by-residue analysis

Checks performed by PROVE V2.3:

     The Atomic Volume Check

Checks performed by WHAT IF V4.99:

     Verification of bond angles
     Verification of bond lengths
     Buried Hydrogen Bond Donor Check
     Bump Check
     Verification of chain names
     Peptide Plane Flip Check
     Chiral Handedness Check
     HIS GLN ASN side chain conformation Check
     Nomenclature Check
     Check of side chain planarity
     Check of proline puckering
     Quality Check
     Side-chain Rotamer Check
     Symmetry Check
     Torsion angle Check
     Check of water clusters
     Check of atomic occupancy

ProSA. : Protein Structure Energetic Analysis
    Energy analysis of oligomers and multi-chain complexes.
    Frameshift error detection in electron density interpretation.
    Sequence structure alignment and fold recognition techniques.
    Access to Prosa II's energy functions.

Ejemplo detallado con resultados & quality checks (información general )

Otros ejercicios

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Florencio Pazos
Protein Design Group [Working Page]
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