Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014



Введение

Предсказание структуры белков ab initio

Энергетические функции

Рациональные энергетические функции

Сочетание эмпирических энергетических функций и сборки из фрагментов

Методы конформационного поиска

Моделирование методом Монте-Карло

Молекулярная динамика

Генетические алгоритмы

Математическая оптимизация

Отбор моделей

Рациональная энергетическая функция

Эмпирическая энергетическая функция

Функция совместимости структуры и последовательности

Кластеризация макетов структур

Замечания и обсуждение

Литература

Распознавание фолда

Введение

Важность “слепых” испытаний: соревнование CASP

Предсказание структуры ab initio и моделирование по гомологии

Пределы пространства типов укладки

К вопросу о терминологии: “протягивание” и “распознавание фолда”

“Протягивание”

Эмпирические потенциалы

Поиск выравнивания

Эвристические правила выравнивания

Определение отдаленной гомологии без протягивания

Использование предсказанных структурных свойств

Профили последовательностей и скрытые марковские модели

Классификация типов укладки и метод опорных векторов

Согласованные подходы

Проход по сети гомологов

Точность выравнивания, качество моделей и статистическая значимость

Алгоритмы создания выравниваний и оценка

Оценка статистической значимости

Веб-инструменты для распознавания элементов укладки

Перспективы

Литература

Сравнительное моделирование структуры белков

Введение

Структура определяет функцию

Последовательности, структуры и структурная геномика

Методы предсказания структуры белков

Этапы сравнительного моделирования структуры белков

Поиск структур, потенциально родственных с мишенью

Отбор шаблонов

Выравнивание последовательности со структурой

Построение модели

Оценка моделей

Эффективность методов сравнительного моделирования

Точность методов

Ошибки в сравнительных моделях

Применение сравнительного моделирования

Моделирование одиночных белков

Сравнительное моделирование и проект исследования структуры белков

Заключение

Литература

Предсказание структуры мембранных белков

Введение

Структурные классы

Пучки альфа-спиралей

Бета-бочонки

Особенности кристаллизации мембранных белков

Базы данных

Множественные выравнивания последовательностей

Предсказание топологии трансмембранных белков

Альфа-спиральные белки

Белки, имеющие структуру ß-бочонка

Полногеномный анализ

Наборы данных, гомологичность, точность и перекрестная проверка

Предсказание пространственной структуры

Перспективы развития методов предсказания структуры мембранных белков

Литература

Методы биоинформатики для изучения структуры и функций неупорядоченных белков

Идея неупорядоченности белков

Свойства последовательностей БПН

Необычный аминокислотный состав БПН

Паттерны последовательностей БПН

Низкая сложность последовательностей и неупорядоченность

Предсказание неупорядоченности

Предсказание областей с низкой сложностью

Графики “заряд-гидрофобность”

Методы предсказания на основе предрасположенности

Методы предсказания на основе отсутствия выраженной вторичной структуры

Алгоритмы машинного обучения

Предсказание на основе потенциалов контакта

Для предсказания неупорядоченности достаточно сокращенного алфавита

Сравнение методов предсказания неупорядоченности

Функциональная классификация БПН

Функциональная классификация БПН на основе генной онтологии

Классификация БПН на основе механизма действия

Структурные элементы БПН, связанные с функционированием

Предсказание функций БПН

Корреляция модели неупорядоченности и функции

Предсказание коротких мотивов распознавания в БПН

Прогнозирование СМОР

Сочетание информации о последовательности и неупорядоченности: участки фосфорилирования и мотивы связывания СаМ

Поддержание неупорядоченности

Ограничения методов предсказания функций БПН

Быстрая эволюция БПН

Независимость последовательности и функции и неопределенность

Консервативность и неупорядоченность

Заключение

Литература

Функциональное разнообразие в элементах упаковки и надсемействах

Определение функций

От способа укладки к функции

Определение способа укладки

Связь между способами укладки и предсказание функций

Разнообразие функций гомологичных белков

Определения

Эволюция белковых надсемейств

Дивергенция функций в ходе эволюции белков

Заключение

Литература

Предсказание функции белка по свойствам его поверхности

Способы представления поверхности

Поверхность ван-дер-Ваальса

Молекулярная поверхность (поверхность без растворителя)

Поверхность, доступная растворителю

Свойства поверхности

Гидрофобность

Электростатические свойства

Консервативность поверхности

Предсказание функций по свойствам поверхности

Гидрофобная поверхность

Электростатическая поверхность

Консервативность поверхности

Сочетание свойств поверхности для предсказания функций

Взаимодействие лиганда с белком

Свойства взаимодействий лиганда с белком

Предсказание расположения активного центра

Предсказание чувствительности к лекарствам

Аннотация сайтов связывания лигандов

Белок-белковый интерфейс

Свойства белок-белкового интерфейса

Активные точки белковых интерфейсов

Предсказание расположения интерфейса

Заключение

Литература

Пространственные мотивы

Предыстория и значение

Что такое функция?

Структурные мотивы: определение и область действия

Обзор методов

Поиск мотивов

Определение и подбор мотивов

Интерпретация результатов

Специфичные методы

Мотивы, заданные пользователем

Обнаружение мотива

Аналогичные методы

Гибридные описания “точка-поверхность”

Одноточечные описания

Использование молекулярного докинга при аннотировании функции

Обсуждение

Заключение

Литература

Динамика белков: от структуры к функционированию

Молекулярно-динамические расчеты

Принципы и приближения

Приложения

Ограничения и улучшенные алгоритмы сэмплирования

Анализ главных компонент

Алгоритмы сэмплирования коллективных координат

Алгоритмы сэмплирования коллективных координат

TEE-REX

Методы предсказания функциональных мод

Анализ нормальных мод

Модели эластичных сетей

CONCOORD

Итоги и перспективы

Литература

Интегральные серверы для предсказания функции по структуре

Введение

Задача предсказания функции по структуре

Методы предсказания структура-функция

ProKnow

Подбор типа укладки

Структурные мотивы

Гомология последовательностей

Мотивы в последовательности

Взаимодействия белков

Объединение предсказаний

Успешность предсказания

ProFunc

Основанные на структуре методы, используемые ProFunc

Оценка структурных методов

Заключение

Литература

Примеры: предсказание функции структур, полученных в проектах по структурной геномике

Введение

Примеры масштабного предсказания функции белков

Несколько особых примеров

Коллективное аннотирование

Заключение

Литература

Предсказание функции белков на основе их теоретических моделей

Введение

Модели белков как общедоступный ресурс

Качество моделей

Базы данных моделей

Точность и добавленная ценность основанных на моделях предсказаний

Реализация

Практическое применение

Пластичность остатков каталитического центра

Картирование мутаций

Комплексы белков

Предсказания функции на основе моделей ab initio

Предсказание специфичности к лигандам

Моделирование структуры изоформ, полученных альтернативным сплайсингом

От общей функции к молекулярным деталям

Что дальше?

Литература

Цветная версия иллюстраций