Функции Повторение Д.А. Равчеев (31 марта 2009 г.) Факультет Биоинженерии и Биоинформатики, 2 курс, весенний семестр. - презентация

1 Функции Повторение Д.А. Равчеев (31 марта 2009 г.) Факультет Биоинженерии и Биоинформатики, 2 курс, весенний семестр

2 Функции Интуитивно: роль, предназначение продукта гена

3 Функции Интуитивно: роль, предназначение продукта гена Формально: ЧТО? Молекулярная функция КАК? Молекулярный механизм ГДЕ? Локализация ЗАЧЕМ? Биологический процесс (метаболический путь, сигнальный путь и др.)

4 Эксперимент – прямой и генетический Компьютерная аннотация задача поиска ортологов, ….. Сообщение Как узнать функцию?

5 Updated August 29st, 2007 By similarity 1098 RNAs, 156 Miscellaneous, 27 Unknown 598 Experimental 2121 A Summary of the E. coli Chromosome

6 Проблема неоднозначности терминологии

7 1.3 независимых словаря терминов 1.Molecular Function (Как? С чем?) 2.Biological Process (Зачем?) 3.Cellular Component (Где?) 2.Термины имеют определение и перечень синонимов. 3.Термины в пределах одной онтологии связаны отношениями is_a", is_part_of 4.Термины имеют стандартные идентификаторы "A is B" означает, что А частный случай В "A is part of B" означает, что А часть В, но В не обязательно содержит А. GO: попытка формализации

8 Функции Классификация ферментов EC (Enzyme Commission) number

9 Сколько всего разных функций бывает? А сколько клетке нужно? Генов с какими функциями больше всего в геноме? Зачем? Насколько отличаются наборы функций у разных организмов? Можно ли предсказать функцию по структуре или последовательности? Вопросы

10 Пробуем выделить классы белков по функции Молекулярные машины – рибосома, АТФ-синтетаза Ферменты - РНК зависимая РНК полимераза Регуляторные белки – регулируют биологические процессы, например, активность ферментов – TetR Хранение и транспорт (ионов, маленьких молекул) – гемоглобин Транспорт через мембраны – TetA Секреторные взаимодействие с другими клетками – инсулин Структурные Другие ……….

11 Классификация ферментов сделана лучше, чем классификации всех белков Организации: IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry ( IUPAC-IUBMB: International Union of Biochemistry and Molecular Biology ( Классификация ферментов: Enzyme Nomenclature ( Классификация основана на EC number (например, EC ) Классифицируются не белки, а катализируемые ими реакции!

12 EC (Enzyme Commission) number определяет иерархическую классификацию ферментов

13 Шесть основных классов ферментов ЕС 1 – оксидоредуктазы (oxidoreductases). ЕС 2 – трансферазы (transferases). ЕС 3 – гидролазы (hydrolases). ЕС 4 – лиазы (lyases). ЕС 5 – изомеразы (isomerases) ЕС 6 – лигазы (ligases).

14 GroupReaction catalyzedTypical reaction EC 1 Oxidoreductases To catalyze oxidation/reduction reactions; transfer of H and O atoms or electrons from one substance to another AH + B A + BH (reduced) A + O AO (oxidized) EC 2 Transferases Transfer of a functional group from one substance to another. The group may be methyl-, acyl-, amino- or phosphate group AB + C A + BC EC 3 Hydrolases Formation of two products from a substrate by hydrolysisss AB + H 2 O AOH + BH EC 4 Lyases Non-hydrolytic addition or removal of groups from substrates. C-C, C-N, C-O or C-S bonds may be cleaved RCOCOOH RCOH + CO 2 EC 5 Isomerases Intramolecule rearrangement, i.e. isomerization changes within a single molecule AB BA EC 6 Ligases Join together two molecules by synthesis of new C-O, C-S, C-N or C-C bonds with simultaneous breakdown of ATP X + Y+ ATP XY + ADP + Pi

15 Общепринятая иерархическая классификация ферментативных реакций EC 1 Oxidoreductases EC 1.1 Аcting on the CH-OH group of donors EC With NAD or NADP as acceptor EC alcohol dehydrogenase EC With a cytochrome as acceptor EC 1.2 Acting on the aldehyde or oxo group of donors EC 2 Transferases EC 2.1 Transferring one-carbon groups EC Methyltransferases EC nicotinamide N-methyltransferase EC 3 Hydrolases EC 4 Lyases EC 5 Isomerases ЕC 6 Ligases

16 Три описания белка. Как они связаны? Последовательность Функция 3Dструктура ? ? ?

17 Последовательность определяет структуру Функция 3Dструктура ? ? структуры …. почти одинаковы до Id 20% Последовательность

18 Пространственные структуры более консервативны, чем последовательности. Высокое сходство структур свидетельствует о гомологии Внутри одного класса 3D- структур можно найти белки с seq. id 20%. Гемоглобин свиньи и миоглобин кита Сходство последовательностей Сходство структур

19 Вопросы о ферментах Один белок – один EC код? (нет) Гомологичные белки – одинаковые EC коды? (в какой-то мере, да, но не всегда) Одинаковые EC коды – гомологичные белки? (часто, но не всегда!)

20 структуры практически одинаковы, если Id>20% Функция 3Dструктура до Id~40% функция ферментов сохраняется c Р~90% Последовательность ?

21 Структура и функция Оксидоредуктазы EC 1.*.* Гидролазы EC 3.*.* Лиазы EC 4.*.* Изомеразы EC 5.*.* Дивергентная эволюция функции на базе одной структуры

22 Структура и функция Конвергентная эволюция функций CAH_METTE CAH5_MOUSE ЕС Карбангидраза H 2 CO 3 = CO 2 + H 2 O