Оглавление 

Введение 2

1.   Цели и задачи: 3

2. Структура подсистемы  Протеомика  и детальное 6

руководство по ее применению 6

2.1 Программные компоненты подсистемы  Протеомика 6

2.1.1 Программная компонента BLAST: поиск гомологов в базах 6

аннотированных  последовательностей  белков 6

- Работа с программной  компонентой BLAST 7

2.1.2 Программная компонента PrositeScan: поиск мотивов и паттернов в первичных структурах белков. 8

-  Работа с программной  компонентой PrositeScan 9

-  Программная компонента PDBSiteScan: распознавание   функциональных сайтов  в пространственных  структурах белков. 10

- Работа с программной  компонентой PDBSiteScan 11

2.2  Программные компоненты Subloc и SubPrediction : предсказание 13

внутриклеточной локализации белков прокариот и эукариот. 13 
 
 
 

                                         Введение

 

Протеомика — наука, основным предметом изучения которой являются белки и их взаимодействия в живых организмах, в том числе — в человеческом. Учёные, работающие в области протеомики, исследуют «производство» белков, их декомпозицию и замену белков внутри тела. Они также изучают как белки модифицируются после их синтеза в организме. Традиционно изучение белков являлось одним из разделов биохимии, но после определения структуры всей геномной ДНК человека и ряда других организмов, у исследователей белков появились новые методы, с которыми и связывают появление нового термина протеомика (от протеин и геномика). В частности, появились исчерпывающие базы данных о структуре всех белков человека, а также их протеолитических фрагментов, полученных в стандартных условиях. Это позволяет идентифицировать белки по молекулярной массе их протеолитических фрагментов, полученных в тех же условиях.

                              1.   Цели и задачи:

    

     Подсистема  «компьютерная   Протеомика»  предназначена для решения задач комплексной структурно-функциональной аннотации белков и задач компьютерного дизайна модифицированных вариантов белков с использованием технологии конвейерного анализа.

     Программные компоненты подсистемы  Протеомика  ориентированы на структурно-функциональную аннотацию протеом бактерий, растений и других организмов, что позволит осуществлять реконструкцию сетей молекулярно-генетических взаимодействий, интерпретировать нуклеотидный полиморфизм на уровне структуры и функции белков, а также предсказывать мутации в белках, направленно изменяющие величину биологической активности белков, что имеет большое значение для дизайна белков с улучшенными медико-биологическими свойствами. Таким образом, задачи, решаемые с использованием подсистемы, являются важной составляющей в области молекулярной системной биологии, медицины, биотехнологии и биоинженерии. 

Подсистема  Протеомика  ориентирована  на решение следующих  задач: 

1) поиск гомологов  в базах аннотированных последовательностей  белков;

2) поиск мотивов  и паттернов в первичных структурах  белков;

3) предсказание  внутриклеточной локализации белков;

4) распознавание  функциональных сайтов в пространственных  структурах белков, включая сайты  каталитических центров ферментов,  сайты посттрансляционных модификаций белков, сайты связывания ионов металлов, сайты связывания органических и неорганических лигандов, сайты связывания ДНК и РНК;

5) реконструкция  пространственных структур молекулярных  комплексов, включая: 

реконструкцию комплексов "белок-ион металла", "белок-низкомолекулярные лиганды", "белок-белок", "белок-ДНК/РНК";

6) предсказания  иммунологических характеристик  белков, включая предсказание сайтов  конститутивного и иммунопротеасомного протеолиза, предсказание В-клеточных эпитопов;

7) предсказания  мутаций, направленно меняющих  биологические активности и свойства  белков на основе анализа взаимосвязи  между активностями белков и физико-химическими характеристиками аминокислот сайтов в выравнивании белковых последовательностей;

2. Структура подсистемы  Протеомика  и детальное

руководство по ее применению

    

      В подсистему  Компьютерная   протеомика  входят следующие компоненты: 

1) компонента, осуществляющая  поиск гомологов в базах аннотированных

последовательностей белков;

2) компонента, осуществляющая  поиск мотивов и паттернов  в первичных

структурах белков;

3) компонента, осуществляющая  распознавание функциональных сайтов  в

пространственных  структурах белков;

4) компонента, осуществляющая  предсказание внутриклеточной локализации

белков;

5) компонента, осуществляющая  реконструкцию пространственных  структур

молекулярных  комплексов белок-лиганд;

6) компонента, осуществляющая  предсказание иммунологических  характеристик

белков;

7) компонента, осуществляющая  предсказание мутаций, направленно  меняющих

биологические активности и свойства белков.

2.1 Программные компоненты  подсистемы  Протеомика

2.1.1 Программная компонента BLAST: поиск гомологов  в базах

аннотированных  последовательностей  белков

 

      Для любых двух белков можно определить степень сходства их аминокислотных последовательностей - уровень гомологии. Два белка, имеющих уровень гомологии, превышающий пороговое значение, являются гомологами. Белки-гомологи обычно имеют сходное происхождение и большей частью принадлежат к одному семейству. Часто белки,

выполняющие одну и ту же функцию, являются гомологами, обратное же утверждение справедливо  лишь в некоторой степени.

         Поиск гомологов заданного белка позволяет охарактеризовать его, опираясь на существующие знания об уже изученных белках. Таким образом, поиск гомологов может применяться, в частности, для определения семейства, к которому принадлежит вновь открытый белок, что дает сведения об его возможных функциях в клетке. Так же определение набора гомологов заданного белка делает возможным исследование молекулярной эволюции заданного белка и установление направления изменения его

биологических активностей в эволюционной истории.

         Поиск гомологов для заданной пользователем последовательности осуществляется в базе данных SWISS-Prot. На вход программного модуля, реализующего поиск гомологов, подается последовательность и указывается тип организма, грам-положительная или грам- отрицательная бактерия. Результат BLAST и PsiBLAST содержит идентификаторы (ID)

SWISS-Prot записей для найденных гомологий. С использованием этих ID для каждой из гомологичных последовательностей извлекаются их карточки из базы данных SWISS-Prot. Из карточки экстрагируются тип организма и внутриклеточная локализация и отбираются только те карточки, указанный организм в которых соответствует организму, введенному пользователем. Таким образом формируется список потенциальных локализаций для

анализируемой последовательности.

        Программа предназначена для нахождения белков, аминокислотная

последовательность которых гомологична последовательности заданного белка [1].

- Работа с программной компонентой BLAST

 

         Для подготовки к выполнению операции, соответствующей данной программной компоненте, надо войти в подсистему « Компьютерная   протеомика»  и с помощью мыши  кликнуть надпись Поиск гомологов в базах аннотированных последовательностей белков в списке операций этой подсистемы. В результате появится HTML-страница с интерфейсом этой операции.

       Выполнение операции начинается с ввода аминокислотной исследуемого белка.

       Для этой цели используется раздел "Введите последовательность белка в FASTA формате" HTML-интерфейса операции. Последовательность

может быть набрана в поле экрана для ввода последовательности или скопирована с использованием стандартных операций Интернет-браузера.

После ввода  данных как было описано выше необходимо нажать на кнопку

"Выполнить", в результате чего появляется HTML-страница с результатом поиска гомологов в базе NR NCBI BLAST для белковых последовательностей, выполненного программой NCBI BLAST,

подается последовательность и указывается тип организма, грам-положительная или грам-отрицательная бактерия. Результат BLAST и PsiBLAST содержит идентификаторы (ID) SWISS-Prot записей для найденных гомологий. С использованием этих ID для каждой из

гомологичных  последовательностей извлекаются  их карточки из базы данных SWISS-Prot.

        Из карточки экстрагируются тип организма и внутриклеточная локализация и отбираются только те карточки, указанный организм в которых соответствует организму, введенному пользователем. Таким образом формируется список потенциальных локализаций для анализируемой последовательности.

      Программа предназначена для нахождения белков, аминокислотная

последовательность которых гомологична последовательности заданного белка [1].

2.1.2 Программная компонента  PrositeScan: поиск мотивов и паттернов в первичных структурах белков.

 

         Группа аминокислотных последовательностей белков, сходных между собой, но не идентичных, может быть представлена в виде одной общей символьной последовательности - паттерна. Для представления группы последовательностей в виде паттерна каждый аминокислотный остаток одной последовательности должен быть, по возможности, поставлен в соответствие какому либо остатку каждой из других последовательностей.         

        Обычно это достигается посредством выравнивания заданных

последовательнотей. Алфавит, из символов которого составляются паттерны, включает в себя символы обозначений 20-ти аминокислотных, входящих в белки, а также ряд специальных символов, описывающих вариацию аминокислотных остатков в заданном участке описываемых последовательностей.

      Среди похожих белков степень вариации аминокислот, составляющих сайт с определенной функцией, изменяется от одной аминокислотной позиции к другой.

       Некоторые аминокислоты должны оставаться одними и теми же во всех сходных сайтах, другие могут варьировать в узких пределах, третьи могут быть заменены практически без вреда для функции сайта. Эту структуру функционального сайта можно описывать с помощью паттернов первичных последовательностей белков [2].

      Таким образом, программа поиска мотивов и паттернов в первичных структурах белков может применяться в биоинформатике для функциональной аннотации аминокислотных последовательностей белков и изучения структуры функциональных сайтов в белках.

- Работа с программной компонентой PrositeScan

 

       Для подготовки к выполнению операции надо войти в подсистему  Компьютерная протеомика  и с помощью мыши кликнуть надпись Поиск мотивов и паттернов в первичных структурах белков в списке операций этой подсистемы. В результате появится HTML-страница с интерфейсом этой операции.