Allineament estructural

Erro al crear miniatura:

Alineament estructural de tiorredoxines del ser humà i de la mosca Drosophila melanogaster. Les proteïnes es mostren com a cintes, en la proteïna humana en roig i la de la mosca en groc. Generat en PDB 3TRX i 1XWC.

Un alineament estructural és un tipo d'alineament de seqüències basat en la comparació de la forma. Estos alineamientos intenten establir equivalència entre dos o més estructures de polímers basant-se en la seua forma i conformació tridimensional. El procés s'aplica normalment a les estructures terciarias de les proteïnes, pero també pot usar-se per a llargues molècules d'ARN. En contrast a la simple superposició estructural, a on a lo manco es coneixen alguns residus equivalents de les dos estructures, el alineament estructural no requerix un coneiximent previ de posicions equivalents. És una valiosa ferramenta per a la comparació de proteïnes en baixa similitut entre les seues seqüències, en a on les relacions evolutives entre proteïnes no poden ser fàcilment detectades per tècniques estàndars de alineament de seqüències. El alineament estructural pot usar-se, per lo tant, per a sugerir relacions evolutives entre proteïnes que compartixen una seqüència comuna molt curta. No obstant, l'us dels resultats com a evidència d'un ancestro evolutiu comú deu realisar-se en cautela donats els possibles efectes de confusió en l'evolució convergent, segons la qual múltiples seqüències d'aminoàcits sense relació filogenético entre sí convergixen a una mateixa estructura terciaria.

Els alineamientos estructurals poden comparar dos o múltiples seqüències. ya que estos alineamientos depenen d'informació sobre totes les conformació tridimensionals de les seqüències problema, el método solament pot ser usat sobre seqüències a on estes estructures siguen conegudes. Estes es troben normalment per cristalografia de rajos X o espectroscòpia de resonància magnètica nuclear. És possible realisar un alineament estructural sobre estructures produïdes per mig de métodos de predicció d'estructura. En efecte, l'evaluació de tals prediccions requerix a sovint un alineament estructural entre el model i l'estructura real coneguda per a evaluar la calitat del model. Els alineamientos estructurals són especialment útils per a analisar senyes sorgides dels camps de la genómica estructural i de la proteómica, i poden usar-se com a punts de comparació per a evaluar alineamientos generats per métodos bioinformáticos basats exclusivament en seqüències.

El resultat d'un alineament estructural és una superposició dels conjunts de coordenades atòmiques, aixina com una distància mija quadràtica mínima (o RMSD, de Root Pixen Square Deviation, o desviació de la mija quadràtica) entre les estructures bàsiques de les proteïnes superpostes. La RMSD d'estructures alineades indica les divergències entre elles. El alineament estructural pot complicar-se per l'existència de múltiples dominis proteics en l'interior d'una o més de les estructures d'entrada, ya que canvis en l'orientació relativa dels dominis entre dos estructures a alinear poden exagerar la RMSD artificialment.

Senyes produïdes pel alineament estructural

L'informació mínima produïda per un alineament estructural correcte és un conjunt de coordenades tridimensionals superpostes per a cada estructura inicial. Note's que un dels elements d'entrada pot estar fixat com a referència i que, per lo tant, les seues coordenades superpostes no canviaran. Les estructures encaixades poden usar-se per a calcular valors RMSD mutus, aixina com atres mides de similitut estructural més sofisticades com el test de distància global (GDT, de les seues sigles en anglés, i que és la mètrica utilisada en CASP, Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction). Un alineament estructural també implica un alineament de seqüències unidimensional des del que una seqüència identitat, o el percentage de residus que són idèntics entre les estructures d'entrada, pot calcular-se com una mida de cuán cercanamente es troben abdós seqüències.

Tipos de comparacions

ya que les estructures de les proteïnes es componen d'aminoàcits que les seues cadenes laterals estan enllaçades per un esquelet de proteïnes comunes, es pot utilisar un número dels possibles subconjunts diferents d'àtoms que conformen una macromolécula de proteïna per a produir un alineament estructural i calcular els corresponents valors RMSD. Quan s'alineen estructures en seqüències molt diferents, els àtoms de la cadena lateral, generalment, no es prenen en conte, ya que les seues identitats diferixen en molts dels residus alineats. Per esta raó, en els métodos de alineament estructural és comú usar per defecte solament els àtoms de l'esquelet inclosos en l'enllaç peptídico. Per simplicitat i eficiència a sovint solament es consideren les posicions del carbono alfa, ya que l'enllaç peptídico té una conformació planar mínimament variant. Solament quan les estructures a alinear són altament similars, i inclús idèntiques, és significatiu alinear posicions d'àtoms de la cadena lateral, en el cas de la qual la RMSD reflectix no solament la conformació de l'esquelet de la proteïna, sino també els estats de les rotacions angulars en les cadenes laterals. Atres criteris de comparació que reduïxen el soroll i impulsen les coincidències inclouen prendre en consideració l'estructura secundària de les proteïnes, els mapes de contactes natius o patrons d'interacció entre residus, mides de l'empaquetament de la cadena lateral, i mides del manteniment dels enllaces d'hidrogen.

Superposició estructural

La comparació més senzilla possible entre estructures de proteïnes no intenta alinear les estructures d'entrada, sino que necessita un alineament precalculado com input per a determinar quins dels residus en la seqüència deuen considerar-se per al càlcul de la RMSD. La superposició estructural s'usa comunament per a comparar conformació múltiples de la mateixa proteïna (en el cas de la qual no és necessari el alineament ya que la seqüència és la mateixa) i per a evaluar la calitat dels alineamientos produïts usant solament informació de les seqüències entre dos o més seqüències les estructures de les quals són conegudes. Este método utilisa tradicionalment un senzill algoritme d'ajust per mínims quadrats, en el que les rotacions i translacions òptimes es troben minimisant la suma dels quadrats de les distàncies entre totes les estructures de la superposició. Més recentment, els métodos bayesianos i de màxim verosimilitut han incrementat enormement la precisió de les rotacions, translacions i matrius de covarianza estimades per a la superposició.

S'han desenrollat algoritmes basats en rotacions multidimensionales i cuaterniones modificats per a identificar relacions topològiques entre estructures proteiques sense la necessitat d'un alineament predeterminat. Tals algoritmes han identificat exitosamente plegament canònics tals com el fes de quatre hèlices alfa. El método SuperPose és suficientment extensible d'ajustar per a rotacions de dominis relatius i atres problemes estructurals.