タンパク質の立体構造の検索 - PowerPoint PPT Presentation

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タンパク質の立体構造の検索

PDB （Protein Data Bank）

タンパク質の構造データに関するデータベース．

構造データに関する世界で唯一の機関．

54,298個の立体構造データが登録されている．

http://www.rcsb.org/pdb/

Protein Data Bank

Growth of Protein Data Bank

登録された立体構造データ数の推移

・結晶化技術の向上

・タンパク質3000プロジェクトなど

タンパク質の機能

　・構造タンパク質

　　（細胞骨格，表皮ケラチン，ウイルスのキャプシドタンパク質など）

　・輸送・貯蔵タンパク質

　　（ヘモグロビン・ミオグロビン，フェリチンなど）

　・制御タンパク質

　　（ホルモン，シグナル伝達系分子，転写因子など）

　・免疫系タンパク質

　　（免疫グロブリンなど）

　・酵素タンパク質

など多様.

酵素（タンパク質）の反応

触媒反応機構をもつタンパク質.

酵素（E）　＋　基質（S）　→　酵素基質複合体（ES）　→　

酵素（E）　＋　生成物（P）

リゾチーム

細菌の細胞壁（ペプチドグリカン；N-アセチル-D-グルコサミン；NAG）

酵素複合体の立体構造を予測する

～高能率の酵素の作製を目指して～

A

B

A

F

B

E

C

D

C

D

E

F

＋

細胞壁の糖重合体

（糖の6量体）

コンピュータ上で予測された

酵素基質複合体の構造

リゾチーム

コンピュータにより基質と相互作用すると推測された

アミノ酸残基（赤：実験と一致したアミノ酸残基）

A

Arg73

Asp101

Gly102

Asn103

B

Asp101

Asn103

C

Asn59

Trp62

Trp63

Asn103

Ala107

D

Glu35

Asn46

Asp52

Leu56

Gln57

Ala107

Val109

実験からは分からない

がコンピュータから推測

されたもの

E

Glu35

Asn44

Arg45

Asn46

Asp52

Gln57

Ala110

F

Lys33

Phe34

Glu35

Asn37

Asn44

Arg45

Asn46

Arg114

～製薬分野への応用～

●

Ｘ

　薬の候補となる物質

（絞り込まれて少なくなった）

薬の候補となる物質（基質）

コンピューターを使って薬の候補となる物質を絞り込む　　

病気の原因になるタンパク質（酵素）

どれに結合するのか分からない

結合するものを効率よく探す

ことができる

タンパク質の立体構造データの入手（1）

lysozyme

1,093個が解析されている

1HEL

ファイル内容を見る

アクセッション番号: accession

定義: header

タンパク質名:source

由来（生物種）: organism

参考論文: reference

解像度：resolution

アミノ酸配列：SEQRES

二次構造：HELIX,SHEET

タンパク質の原子座標：ATOM

データを入手する

ディスクに保存する

デスクトップにpdbというフォルダを作成し，保存する

1HEL

タンパク質立体構造ビューア

・Rasmol

http://www.umass.edu/microbio/rasmol/

・Cn3D

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/

CN3D/cn3d.shtml

・Chime

http://www.umass.edu/microbio/chime/

・Molscript

http://www.avatar.se/molscript/

・ProteinExplorer

http://www.umass.edu/microbio/chime/pe_beta/pe/

protexpl/frntdoo2.htm

etc.

タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1）

http://www.umass.edu/microbio/rasmol/

タンパク質の立体構造の表示（1）

Wireframe表示

Spacefill表示（CPKモデル）

βシート

αへリックス

ターン

Display / Ribbons

Colours / Structure

Ribbon表示（リボンモデル）

酵素（タンパク質）の反応

触媒反応機構をもつタンパク質.

酵素（E）　＋　基質（S）　→　酵素基質複合体（ES）　→　

酵素（E）　＋　生成物（P）

リゾチーム

細菌の細胞壁（ペプチドグリカン；N-アセチル-D-グルコサミン；NAG）

酵素基質複合体の立体構造データの入手（1）酵素基質複合体の立体構造データの入手（1）

1HEW

酵素基質複合体の立体構造データの入手（2）酵素基質複合体の立体構造データの入手（2）

酵素と酵素基質複合体の比較

酵素基質複合体

（リゾチーム＋NAG3量体）

酵素（リゾチーム）

1HEL

1HEW

タンパク質は揺らいでいる

タンパク質の揺らぎを基準振動解析によって計算し，データベース化したもの．

ProMode

http://cube.socs.waseda.ac.jp/pages/jsp/ja/index.jsp

4lytA

複合体予測プログラム

・ASEDock（MOE）

・Autodock

　　・Autotors；リガンドの座標と自由に回転する軸となる結合の定義

　　・Autogrid；相互作用のエネルギーの三次元の格子を作成

　　・Autodock；結合シミュレーション

・DOCK

　　結合部位の原子を一群のサイトポイント（球体）に変える

・LIGIN

・FTDock

・GRAMM

・FlexX

など

～高能率の酵素の作製を目指して～

A

B

A

F

B

E

C

D

C

D

E

F

＋

細胞壁の糖重合体

（糖の6量体）

コンピュータ上で予測された

酵素基質複合体の構造

リゾチーム

コンピュータにより基質と相互作用すると推測された

アミノ酸残基（赤：実験と一致したアミノ酸残基）

A

Arg73

Asp101

Gly102

Asn103

B

Asp101

Asn103

C

Asn59

Trp62

Trp63

Asn103

Ala107

D

Glu35

Asn46

Asp52

Leu56

Gln57

Ala107

Val109

実験からは分からない

がコンピュータから推測

されたもの

E

Glu35

Asn44

Arg45

Asn46

Asp52

Gln57

Ala110

F

Lys33

Phe34

Glu35

Asn37

Asn44

Arg45

Asn46

Arg114

～製薬分野への応用～

●

Ｘ

　薬の候補となる物質

（絞り込まれて少なくなった）

薬の候補となる物質（基質）

コンピューターを使って薬の候補となる物質を絞り込む　　

病気の原因になるタンパク質（酵素）

どれに結合するのか分からない

結合するものを効率よく探す

ことができる

ファイル内容を見る

データを入手する

デスクトップに保存する。

他の場所に保存されてしまったら、

Finderでファイルをデスクトップに移動する。

http://www.openrasmol.org/software/RasMol_2.7.3.MAC/index.html

旧バージョン

最新は2.7.5

デスクトップに保存し、ダブルクリックで解凍する。

必要に応じてHelp Fileも。

ターミナルを開いて、

・デスクトップフォルダに移動

・rasmol_32BIT ファイルを「実行可能」にする

アイコンが “exec” に変わったら、それをダブルクリックして実行する。

タンパク質の立体構造の表示(1)

立体構造を表示させるには、”rasmol>”というプロンプトに対して、

“load Desktop/1HEL.pdb”のように load コマンドを打つ。

初期状態では、ワイヤーフレームモデル、CPKカラー（原子種毎の色分け）で表示される。

分子の向きはマウスドラッグで変更できる。

メニューバーをクリックして、Display→Ribbons、Colours→Structure を選ぶ。

αヘリックスは赤、βシート（βストランド）は黄色で表示される。

Glu35 と Asp52 が触媒残基なので、目立つようにしてみる。

select コマンドで Glu35 と Asp52 を選択し、Display→Ball&Stick

残基全体が赤や黄色になり原子種がわからないので、Colours→CPK

選択した残基（原子）だけに変更が反映される。全原子を選択するには select all。

マウスで原子をクリックすると、

その番号、原子種、残基名等が表示される。

触媒残基間の距離は、異種生物の lysozyme であってもほぼ等しく保存されている。

触媒残基にあるカルボキシル基の最近接酸素間の距離を測定してみる。

メニューバーから Settings→Pick Distance を選び、注目する２原子をクリックする。

ここでは目視で近い酸素（赤球）をクリックする（順序はどちらでもいい）。

クリックした原子が点線で結ばれ、

原子間の距離が表示される（単位:Å）。

コマンドラインにも数値が出力される。

絵が小さくて見づらければ zoom 200 等

とコマンドを打って拡大する。

元に戻すには zoom 100。

また、元通りクリックした原子名が分かるようにするには、Settings→Pick Ident。

その他、結合角、二面角、ラベル等いろいろなモードがある。

レポート

ニワトリリゾチームの立体構造を、二次構造で色分けした上で、

概観や触媒残基が分かりやすいように表示モデルやアングルを工夫して、画像をプリントアウトする。

（表示モデルは講義で試した通りでもよい）

画像取得にはMacOSのスナップショット機能か、Rasmol メニューバーの Export を使う。

トナーやインクの節約のために、background white コマンドで背景を白くすることが望ましい。

出力された画像ファイルは、プレビュー等のソフトで読み込んでプリントアウトする。

なお、立体構造の表示には Rasmol に限らずどのビューアを使ってもよい。

（Windows の Rastop が使いやすいかも？）

タンパク質の立体構造の検索 - PowerPoint PPT Presentation

PowerPoint Slideshow about 'タンパク質の立体構造の検索' - kura