Corso di BIOINFORMATICA. Pietro BUFFA. Applicazioni BIO-Mediche. - Livelli di complessità delle proteine e visualizzazione computazionale

Transcript

1 Corso di BIOINFORMATICA Applicazioni BIO-Mediche - Introduzione alla Bioinformatica ed alla Biologia Strutturale - Livelli di complessità delle proteine e visualizzazione computazionale Pietro BUFFA Responsabile Unità Operativa di Bioinformatica Dipartimento di Scienze Biomediche Università degli Studi di Catania Ricevimento: Venerdi (9:30 10:30)

2 LIBRI DI TESTO CONSIGLIATI INTRODUZIONE ALLA BIOINFORMATICA Categoria: Bioinformatica Autore: G. Valle, M. Helmer Citterich, M. Attimonelli, G. Pesole Editore: ZANICHELLI Pagine: 321 NTRODUZIONE ALLA BIOINFORMATICA Categoria: Bioinformatica Autore: A. Lesk Editore: MC GRAW HILL Pagine: 260

3 GENOMICA MOLECULAR DYNAMICS PROTEOMICA INTERATTOMICA SYSTEMS BIOLOGY DRUG DISCOVERY BIOLOGIA STRUTTURALE FILOGENESI MOLECOLARE

4 La BIOINFORMATICA, recente disciplina nel campo delle Bio-scienze, costituisce l'ambizioso tentativo di utilizzare le tecnologie computazionali per analizzare e descrivere, in maniera integrata, sistemi biologici complessi al fine di formulare ipotesi sui processi molecolari della vita Il ruolo della Bioinformatica è quello di ricavare informazione utile Viene generalmente chiamato BIOINFORMATICO chi utilizza in maniera professionale e mirata le procedure e gli strumenti di analisi computazionale disponibili, ma anche chi ne sviluppa di nuovi o di migliori ANALISTA BIOINFORMATICO Background Bio-Molecolare SVILUPPATORE BIOINFORMATICO Background Matematico-Informatico BIO-SCIENZE

5 ATTIVITA SPERIMENTALE Analisi in vitro / Analisi in vivo ATTIVITA BIOINFORMATICA Analisi in silico OPERATORE OPERATORE CAMPIONE DA ANALIZARE CAMPIONE DA ANALIZARE KIT SPECIFICO [Ne esistono tanti] SOFTWARE SPECIFICO [Ne esistono tanti] PROTOCOLLO OPERATIVO PROTOCOLLO OPERATIVO

6 IL FORMATO DEI DATI La rappresentazione dell'informazione biologica costituisce un problema aperto in bioinformatica. Monomero Piccola Molecola non contiene informazione intrinseca Macromolecola Omo-polimerica non contiene informazione intrinseca La qualità di ogni singolo elemento e la posizione che ogni singolo elemento ha all intreno della sequenza è importante, poichè frutto di numerose pressioni evolutive. Macromolecola Etero-polimerica contiene informazione intrinseca Le BIO-molecole che portano informazione intrinseca sono fondamentalmente due: Acidi Nucleici (DNA - ( RNA e Proteine Sistemi in grado di interpretare questa informazione Bisogna quindi trovare un modo per trasformare l informazione biologica, contenuta al loro interno, in informazione computazionale, senza perdere nulla.

7 T A C G Le sequenze Nucleotidiche vengono rappresentate mediante stringhe di 4 elementi (A, T, C, G) nelle quali ciascuna lettera rappresenta un singolo nucleotide.

8 ATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTACGTCTCAACTATTCAGCC CAGGAGCGCCTTTAGATGTGCACCCACTTAATCCATCCAATCCAGAGACTGTATTTCATTCACATCTTGGTGCAGTCAAAAAGGCACCCAGTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCA AGAAAATAAAGACCGAACTGTCACTGGAAACAAAGTCACAAATGAGGAAAGCTTTAGGACTCAAGATTGGCAAAGTCAGTTGCAGTTGCCTGATGAACAAGGCAGTGGGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGAT ACCCAGTCATGTCTGTGCTCTCATGATGCTGACTCCAACCAGCTCTCTTCAGAAACACCAAATTCCAATGCCTTACCTGTGGTATTGATATCATCCATGACACCAATGAACCCTGTTACAGAATGTTCTGGAATTGTGC CTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCTTTGAATGCCAAAAACACAGAATATAATCCAAAGAGGTTTGCTGCAGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCAAGGAC CACAGCTCTTATATTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGACGAGTCTCGGCTGGCAGCAAGAAAGTATGCTCGCGTGGTGCAGAAGCTGGGGTTCCCCGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATT CAGAACATGGTTGCAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAGTTATGAGCCTGAACTGTTCCCTGGCCTTATTTATAAGATGGTGAAACCGCAGGTTGTGC TGCTCATCTTTGCATCTGGAAAGGTTGTACTGACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTACGAAGCATTTGAAAACATGTATCCTATTCTAGAAAGTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGGAGGACATATACCTGGACCT CTTCCTGGATCCTTATACCATCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTTAGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATCCACATCTTGGTGGAGTCAAA AAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAAACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGACTCGAGATCGACAAAGTCAGT TGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGTGCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCAAACTCCAATGCCTTACCTGT GGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCCCTGAATGCCAAAAAC ACAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCAGTAATAATGAGGATCCGAGAGCCAAGGACAACAGCTCTCATCTTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGAGGAGTCTCGGCTGGCAGCGAGAA AGTATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTCGGGTTCCCTGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAG TTATGAACCTGAACTTTTCCCCGGCCTTATTTATAAGATGGTAAAACCACAGGTTGTGTTGCTAATCTTTGCATCTGGAAAAGTTGTGTTAACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATG TATCCTATTCTAGAAAGTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGCAGGAGGAGACCTACCTGGAGCTCTACCTGGACCAGTGCGCCGCTCAGGATGGCCTTGCCCCACCCAGGTCTCCCCTGTTCAGCCCAGTTGTACCTTATG ATATGTACATACTGAATGCATCCAATCCGGATACTGCATTTAATTCGAACCCTGAAGTCAAAGAAACATCTGGTGATTTCTCATCTGTGGATCTTAGCTTCCTACCAGATGAAGTTACCCAGGAAAATAAAGACCAGCC TGTCATTAGCAAACACGAAACTGAAGAAAATTCTGAAAGCCAAAGTCCACAAAGTAGGTTGCCATCACCCAGCGAACAGGACGTTGGGCTGGGCTTAAACAGCAGCAGTTTGTCAAATTCCCATTCACAGCTGCACCCT GGTGATACTGACTCAGTCCAGCCCTCTCCTGAGAAACCAAACTCCGACTCCTTGTCTCTGGCATCCATAACTCCCATGACACCAATGACCCCTATTTCAGAATGTTGTGGAATTGTACCTCAACTACAGAATATAGTTT CCACTGTAAACCTGGCCTGTAAGTTGGATCTGAAGAAAATAGCTTTGCATGCAAAAAATGCAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCTGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCTC TGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAAGTGAAGAGCAGTCTCGACTTGCAGCAAGAAAATATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTTGGGTTCCCTGCCAGATTCCTCGATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGT GATGTGAGATTTCCCATCAGGCTGGAAGGTTTGGTGCTAACCCATCAGCAGTTCAGTAGTTACGAGCCTGAACTGTTTCCTGGTCTTATTTATAGAATGGTAAAACCACGAATTGTGTTGCTTATCTTTGTATCTGGAA AAGTTGTGTTGACAGGTGCCAAAGAACGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATCTATCCTATTCTAAAAGGTTTTAAAAAAGCCTGAGAAGTCCCCTGGGTAACTTCCAGGCAGCTTCATTTCTGAAGAGTCCA AACTGCAGCATAGAGGACTTATGAAAAACTGTAAAAAATTGGTTTTAAGTGTTCCATTAAACCCAAAGAAAACAGTCACACAACAAAGCCAGACACAGAAAATTAGGGTGACATGTTTCCTGTCATATGTGGAGCCTAG AGAACATAGAGATGATGTGAAAGCAGAAGGAGCTATCAAGAAAAAGGAAAGCAGATGGGGCAGCAGATCCATGGGAATACTGGCAGAACTGTATAATGGAAGAATGTCGTATGCACATATGAACATGTCATAATGAAAC CTAGTATTTTGTACAGTTAATATGGACTAGACAATAGCACAAAGAAATTAGAGATTAGTCTAGCTATATGAAGAGGCTACATCAAAGATCACTCCTTTTTGATGGACAAATTTAATTCCTTATAACTGTAGAGCTGAGA TATTCACTTGCTTGTCAGACATTAAATGTATCCCACTCTTAGGGTCTAGAAGTTACCCAGACTTCTTGTACCATGGTCCCATCTATCTTCAAAGTCAGCAGTGACGACTCTGCCTTATGACAAGGTCATCTCCTGCTTT CAAATCCCTCCCAAAGAGTGGCCAATTCCTCCTTGGCTGCTCAGTCAGTAAGGGCAGGCTTGGATCCTTTCCCTTTCCTAACAATGGACTTGGAATTTTAATTACATCTTCAAAACCCAAGAGCATTTGGTTTTTTTTA GATAACTGGGAGATACATTTGGAGATAGGGATTTGGGGAGCCACCGAAACATTCTACCTACCATAGGAAATAGTTATAAATCTATTTTACTGGCTGGAGAGATGGCCAAGCAGTTAAGAATACTTTCTGCTTTTTCAAA GGATAGAAATTCTGTTCCTAGCACCCACACTGGGCTTCTTAGTGATTCCAACTCTACAGGACCTGATGCCTCCTTCTCTCTGGCTTCCTTAGATACCAGTTTGTACTGGCACATGCATATGCACAGGAGAAGGCTCTCT CTCTCTCTCTCCCCCCCCCCCCTCTCTCTCTCTCACACACACACACAAGATGGTGAGATATAATTAATAAAATAAAGTAAAATTTGGATCTGTTTTAGTCAGTTTGGGATGCCATAATAAAACACCACAAACTGGGCAG TTTAAACCACAGAAATTTCCTTCATAGTTCTGAAGGCTGGAGATCTAAGATCAAGGTCCCTGCAGATTTGGTCTCTCCTGTAGCAATCCTCCATCTTTCCTTTTAGGTAGCTGCCTTAATGTTGCTCTTTTTACAGCTT TTTCTTTGTATTTCTATGAAAACATCAGACATATTGGATTGGGGCTTCTACACATGATCTTCATGGGATAAGCAATAACCATAGTTACTGATCTGTGAGGCTGGTTCTGAGTGTGCAGCTCAGTAGGCTGTCTCATTTA CAGACACTATGACATTACATCACACATCACTATATAAATCCCAGATTTTTCAAAAGGATCCCCCTATTTTTATTGGAATGTCTGACTCTAGTGCAGGTTATCCAAGCTCCATTCTCAGGTTCGTTTTATCCACCAAGAC TGAGCAGATGAGCTGGGCACAGAGACATGATGATGAATAATTTAAATTGTTCCTTTTAAACAGTAGAATCAAGTAAGGAAGATTTAAAAATACATTTTGCAATCTCTTACATCAAAGTGTCTTCTTCTAGAACAGTTCA ATACAGTTAAGCTAAGACATTTGAATTAAAGCGTTTAAGAAAGAAAAGCTTCTCTGGATATTTGGTTTTACATTAACTTCTTGAGTTGTCTGAACCCTAACTGTGGAATTTGCACAGCTGTAGGCAAATTCTCTGTAAT AGGTGAAAATCTACCTGGGGTGTGAAGGTGAAGAATAATTACAGAAATATCACATCTGAATAGATGAGGGGATTCAGCGGGCAAGGGTGCTTGCCACCAAGCCTGACACTCTGGGTTTGATCCTTGTGTTTCTTCCAGA GCTGGAAGGAGAGAACCTACTCCTGAAAATTGTCTTCTGACCATAACATGAGCTCTGCACTGTGCATGTGTCCATGCACACATGCCAATGAAGATAAATCAATATTAGAAATATCACATCTAAGAATCTGGGTATGGTG ATGCTCATGCATGTTGTAACCCCAGAACTTAGGAGCTGGAGGATATACAAGTTTGTGGCTAGCCTGGACTACATGAGAAGAGAAGGGGGAAGGGAAAGAGAAGGAAAAGAAGAAAAGAAAAGGAAAAGGATAAGGATAA AGGCAGAAGAGAAAAGCATTCTTTTCTCACTTGCACAATGAGAAAACCTTATCATGCTACTCTACTGGAAGCACTAGTCTCGGCCCTCCTCTTCTTCTGGGTGCCACCAGCTGTGTCTTGCCTGGCTCATCAACTCCTT CTCTGCTTCTCACCTGACTCCTCAGCTCATTCACAGCATCTGTGCAAGGCAGCAGAGCTGGTCCCGCCTCACTGCGTGCTCCCTGAGGCTGATAAAAGGTATCTGCTCCCACAGCCAGACTGGTACTAACAAAGCTTCT TCCACTTGCCTGGACGCTGATTCCTTTGCTTGTCCTCAGCTCTACGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTTAGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATC CACATCTTGGTGGAGTCAAAAAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAAACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGAC TCGAGATCGACAAAGTCAGTTGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGTGCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCA AACTCCAATGCCTTACCTGTGGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTT AGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATCCACATCTTGGTGGAGTCAAAAAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAA ACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGACTCGAGATCGACAAAGTCAGTTGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGT GCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCAAACTCCAATGCCTTACCTGTGGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAAGAACT TAGGAGCTGGAGGATATACAAGTTTGTGGCTAGCCTGGACTACATGAGAAGAGAAGGGGGAAGGGAAAGAGAAGGAAAAGAAGAAAAGAAAAGATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCT CTGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAAGTGAAGAGCAGTCTCGACTTGCAGCAAGAAAATATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCTCTGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAA L introduzione di tecniche computazionali ci permette oggi di ricavare rapidamente informazione molecolare da geni e proteine e capire la relazione che queste molecole hanno con certi eventi patologici, come ad esempio il cancro.

9 ATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTACGTCTCAACTATTCAGCC CAGGAGCGCCTTTAGATGTGCACCCACTTAATCCATCCAATCCAGAGACTGTATTTCATTCACATCTTGGTGCAGTCAAAAAGGCACCCAGTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCA AGAAAATAAAGACCGAACTGTCACTGGAAACAAAGTCACAAATGAGGAAAGCTTTAGGACTCAAGATTGGCAAAGTCAGTTGCAGTTGCCTGATGAACAAGGCAGTGGGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGAT ACCCAGTCATGTCTGTGCTCTCATGATGCTGACTCCAACCAGCTCTCTTCAGAAACACCAAATTCCAATGCCTTACCTGTGGTATTGATATCATCCATGACACCAATGAACCCTGTTACAGAATGTTCTGGAATTGTGC CTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCTTTGAATGCCAAAAACACAGAATATAATCCAAAGAGGTTTGCTGCAGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCAAGGAC CACAGCTCTTATATTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGACGAGTCTCGGCTGGCAGCAAGAAAGTATGCTCGCGTGGTGCAGAAGCTGGGGTTCCCCGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATT Ci sono GENI all interno interno? Per quale proteina codifica? CAGAACATGGTTGCAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAGTTATGAGCCTGAACTGTTCCCTGGCCTTATTTATAAGATGGTGAAACCGCAGGTTGTGC TGCTCATCTTTGCATCTGGAAAGGTTGTACTGACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTACGAAGCATTTGAAAACATGTATCCTATTCTAGAAAGTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGGAGGACATATACCTGGACCT CTTCCTGGATCCTTATACCATCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTTAGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATCCACATCTTGGTGGAGTCAAA AAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAAACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGACTCGAGATCGACAAAGTCAGT TGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGTGCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCAAACTCCAATGCCTTACCTGT GGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCCCTGAATGCCAAAAAC ACAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCAGTAATAATGAGGATCCGAGAGCCAAGGACAACAGCTCTCATCTTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGAGGAGTCTCGGCTGGCAGCGAGAA AGTATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTCGGGTTCCCTGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAG TTATGAACCTGAACTTTTCCCCGGCCTTATTTATAAGATGGTAAAACCACAGGTTGTGTTGCTAATCTTTGCATCTGGAAAAGTTGTGTTAACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATG TATCCTATTCTAGAAAGTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGCAGGAGGAGACCTACCTGGAGCTCTACCTGGACCAGTGCGCCGCTCAGGATGGCCTTGCCCCACCCAGGTCTCCCCTGTTCAGCCCAGTTGTACCTTATG ATATGTACATACTGAATGCATCCAATCCGGATACTGCATTTAATTCGAACCCTGAAGTCAAAGAAACATCTGGTGATTTCTCATCTGTGGATCTTAGCTTCCTACCAGATGAAGTTACCCAGGAAAATAAAGACCAGCC TGTCATTAGCAAACACGAAACTGAAGAAAATTCTGAAAGCCAAAGTCCACAAAGTAGGTTGCCATCACCCAGCGAACAGGACGTTGGGCTGGGCTTAAACAGCAGCAGTTTGTCAAATTCCCATTCACAGCTGCACCCT GGTGATACTGACTCAGTCCAGCCCTCTCCTGAGAAACCAAACTCCGACTCCTTGTCTCTGGCATCCATAACTCCCATGACACCAATGACCCCTATTTCAGAATGTTGTGGAATTGTACCTCAACTACAGAATATAGTTT CCACTGTAAACCTGGCCTGTAAGTTGGATCTGAAGAAAATAGCTTTGCATGCAAAAAATGCAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCTGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCTC TGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAAGTGAAGAGCAGTCTCGACTTGCAGCAAGAAAATATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTTGGGTTCCCTGCCAGATTCCTCGATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGT GATGTGAGATTTCCCATCAGGCTGGAAGGTTTGGTGCTAACCCATCAGCAGTTCAGTAGTTACGAGCCTGAACTGTTTCCTGGTCTTATTTATAGAATGGTAAAACCACGAATTGTGTTGCTTATCTTTGTATCTGGAA Quale è la AAGTTGTGTTGACAGGTGCCAAAGAACGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATCTATCCTATTCTAAAAGGTTTTAAAAAAGCCTGAGAAGTCCCCTGGGTAACTTCCAGGCAGCTTCATTTCTGAAGAGTCCA AACTGCAGCATAGAGGACTTATGAAAAACTGTAAAAAATTGGTTTTAAGTGTTCCATTAAACCCAAAGAAAACAGTCACACAACAAAGCCAGACACAGAAAATTAGGGTGACATGTTTCCTGTCATATGTGGAGCCTAG struttura genica? A quale organismo AGAACATAGAGATGATGTGAAAGCAGAAGGAGCTATCAAGAAAAAGGAAAGCAGATGGGGCAGCAGATCCATGGGAATACTGGCAGAACTGTATAATGGAAGAATGTCGTATGCACATATGAACATGTCATAATGAAAC appartiene? CTAGTATTTTGTACAGTTAATATGGACTAGACAATAGCACAAAGAAATTAGAGATTAGTCTAGCTATATGAAGAGGCTACATCAAAGATCACTCCTTTTTGATGGACAAATTTAATTCCTTATAACTGTAGAGCTGAGA TATTCACTTGCTTGTCAGACATTAAATGTATCCCACTCTTAGGGTCTAGAAGTTACCCAGACTTCTTGTACCATGGTCCCATCTATCTTCAAAGTCAGCAGTGACGACTCTGCCTTATGACAAGGTCATCTCCTGCTTT CAAATCCCTCCCAAAGAGTGGCCAATTCCTCCTTGGCTGCTCAGTCAGTAAGGGCAGGCTTGGATCCTTTCCCTTTCCTAACAATGGACTTGGAATTTTAATTACATCTTCAAAACCCAAGAGCATTTGGTTTTTTTTA GATAACTGGGAGATACATTTGGAGATAGGGATTTGGGGAGCCACCGAAACATTCTACCTACCATAGGAAATAGTTATAAATCTATTTTACTGGCTGGAGAGATGGCCAAGCAGTTAAGAATACTTTCTGCTTTTTCAAA GGATAGAAATTCTGTTCCTAGCACCCACACTGGGCTTCTTAGTGATTCCAACTCTACAGGACCTGATGCCTCCTTCTCTCTGGCTTCCTTAGATACCAGTTTGTACTGGCACATGCATATGCACAGGAGAAGGCTCTCT CTCTCTCTCTCCCCCCCCCCCCTCTCTCTCTCTCACACACACACACAAGATGGTGAGATATAATTAATAAAATAAAGTAAAATTTGGATCTGTTTTAGTCAGTTTGGGATGCCATAATAAAACACCACAAACTGGGCAG TTTAAACCACAGAAATTTCCTTCATAGTTCTGAAGGCTGGAGATCTAAGATCAAGGTCCCTGCAGATTTGGTCTCTCCTGTAGCAATCCTCCATCTTTCCTTTTAGGTAGCTGCCTTAATGTTGCTCTTTTTACAGCTT TTTCTTTGTATTTCTATGAAAACATCAGACATATTGGATTGGGGCTTCTACACATGATCTTCATGGGATAAGCAATAACCATAGTTACTGATCTGTGAGGCTGGTTCTGAGTGTGCAGCTCAGTAGGCTGTCTCATTTA CAGACACTATGACATTACATCACACATCACTATATAAATCCCAGATTTTTCAAAAGGATCCCCCTATTTTTATTGGAATGTCTGACTCTAGTGCAGGTTATCCAAGCTCCATTCTCAGGTTCGTTTTATCCACCAAGAC TGAGCAGATGAGCTGGGCACAGAGACATGATGATGAATAATTTAAATTGTTCCTTTTAAACAGTAGAATCAAGTAAGGAAGATTTAAAAATACATTTTGCAATCTCTTACATCAAAGTGTCTTCTTCTAGAACAGTTCA ATACAGTTAAGCTAAGACATTTGAATTAAAGCGTTTAAGAAAGAAAAGCTTCTCTGGATATTTGGTTTTACATTAACTTCTTGAGTTGTCTGAACCCTAACTGTGGAATTTGCACAGCTGTAGGCAAATTCTCTGTAAT E un gene AGGTGAAAATCTACCTGGGGTGTGAAGGTGAAGAATAATTACAGAAATATCACATCTGAATAGATGAGGGGATTCAGCGGGCAAGGGTGCTTGCCACCAAGCCTGACACTCTGGGTTTGATCCTTGTGTTTCTTCCAGA GCTGGAAGGAGAGAACCTACTCCTGAAAATTGTCTTCTGACCATAACATGAGCTCTGCACTGTGCATGTGTCCATGCACACATGCCAATGAAGATAAATCAATATTAGAAATATCACATCTAAGAATCTGGGTATGGTG conosciuto? E correlato a ATGCTCATGCATGTTGTAACCCCAGAACTTAGGAGCTGGAGGATATACAAGTTTGTGGCTAGCCTGGACTACATGAGAAGAGAAGGGGGAAGGGAAAGAGAAGGAAAAGAAGAAAAGAAAAGGAAAAGGATAAGGATAA AGGCAGAAGAGAAAAGCATTCTTTTCTCACTTGCACAATGAGAAAACCTTATCATGCTACTCTACTGGAAGCACTAGTCTCGGCCCTCCTCTTCTTCTGGGTGCCACCAGCTGTGTCTTGCCTGGCTCATCAACTCCTT qualche patologia? CTCTGCTTCTCACCTGACTCCTCAGCTCATTCACAGCATCTGTGCAAGGCAGCAGAGCTGGTCCCGCCTCACTGCGTGCTCCCTGAGGCTGATAAAAGGTATCTGCTCCCACAGCCAGACTGGTACTAACAAAGCTTCT TCCACTTGCCTGGACGCTGATTCCTTTGCTTGTCCTCAGCTCTACGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTTAGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATC CACATCTTGGTGGAGTCAAAAAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAAACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGAC TCGAGATCGACAAAGTCAGTTGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGTGCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCA Quale è il suo AACTCCAATGCCTTACCTGTGGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCCTTT AGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATCCACATCTTGGTGGAGTCAAAAAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAATAGAGACCAA Gene Map Locus ACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGACTCGAGATCGACAAAGTCAGTTGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCACCAGATCCCCAGTCATGCCTGT GCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCAAACTCCAATGCCTTACCTGTGGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAAGAACT all interno del Genoma? TAGGAGCTGGAGGATATACAAGTTTGTGGCTAGCCTGGACTACATGAGAAGAGAAGGGGGAAGGGAAAGAGAAGGAAAAGAAGAAAAGAAAAGATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCT CTGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAAGTGAAGAGCAGTCTCGACTTGCAGCAAGAAAATATAATGAGGATCCGAGAGCCCAGGACAACAGCCCTTATATTTAGCTCTGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAA

10 G A V L I M P F W S T N Q Y C K R H D E ETERO-POLIMERO COMPLESSO ( 245.AA ) >CHYMOTRYPSIN_A_SEQUENCE CGVPAIQPVLSGLSRIVNGEEAVPGSWPWQVSLQDK TGFHFCGGSLINENWVVTAAHCGVTTSDVVVAGEFD QGSSSEKIQKLKIAKVFKNSKYNSLTINNDITLLKL STAASFSQTVSAVCLPSASDDFAAGTTCVTTGWGLT RYTNANTPDRLQQASLPLLSNTNCKKYWGTKIKDAM ICAGASGVSSCMGDSGGPLVCKKNGAWTLVGIVSWG SSTCSTSTPGVYARVTALVNWVQQTLAAN

11 L IMPORTANZA DELL INFORMAZIONE 3D Nel 1958 John Kendrew (Nobel per la chimica nel 1962), servendosi della diffrazione a raggi X, riesce a definire in modo completo la struttura atomica della MIOGLOBINA di Capodoglio dimostrando che la proteina aveva una disposizione degli atomi ordinata necessaria per garantirne la sua funzionalità. Quella data segna una delle più grandi rivoluzioni della biologia e la nascita di una branca che, ancora oggi, continua ad influenzare il modo di vedere e studiare le proteine: la Biologia Strutturale. BIOLOGIA STRUTTURALE - Branca della Biologia Molecolare Studia l architettura e la morfologia delle Macromolecole Biologiche (PROTEINE ed ACIDI NUCLEICI) Comprendere il meccanismo in base al quale queste Macromolecole esercitano la loro funzione. Ci serve non solo capire cosa esse fanno, ma soprattutto come lo fanno, e sappiamo che lo fanno perché hanno una determinata struttura tridimensionale. Comprendere i meccanismi che possono alterare la funzionalità di queste Macromolecole.

12 L IMPORTANZA DELL INFORMAZIONE 3D FOLDING ( 245.AA ) >CHYMOTRYPSIN_A_SEQUENCE CGVPAIQPVLSGLSRIVNGEEAVPGSWPWQVSLQDK TGFHFCGGSLINENWVVTAAHCGVTTSDVVVAGEFD QGSSSEKIQKLKIAKVFKNSKYNSLTINNDITLLKL STAASFSQTVSAVCLPSASDDFAAGTTCVTTGWGLT RYTNANTPDRLQQASLPLLSNTNCKKYWGTKIKDAM ICAGASGVSSCMGDSGGPLVCKKNGAWTLVGIVSWG SSTCSTSTPGVYARVTALVNWVQQTLAAN 1D INFORMATION 3D INFORMATION Possiamo dire che i circa 240 AA della proteina sono li soltanto per garantire il corretto posizionamento di questi 3 residui, attraverso la formazione di una struttura stabile FUNCTION

13 IL POSTULATO DI ANFINSEN ED IL PARADOSSO DI LEVINTHAL Nel 1957 C. Anfinsen, mediante i suoi esperimenti sulla Ribonucleasi A (124 AA, 8 residui di Cys, 4 ponti S-S), dimostrò che le proteine potevano essere denaturate reversibilmente. La probabilità che la proteina rinaturandosi, formi correttamente tutti i suoi quattro ponti disolfuro in modo assolutamente casuale, è calcolata in 1/105. L informazione necessaria affinchè una proteina assuma una determinata struttura 3D è contenuta all interno all interno della sua sequenza aminoacidica Una catena polipeptidica ha 3 2(n-1) alternative di rotazione 3 aminoacidi: 81 alternative 50 aminoacidi: alternative Se ogni tentativo richiede 1 femtosecondo (10 12 secondi), provare tutte le combinazioni possibili richiederebbe: femtosecondi = secondi = anni Una proteina folda nel giro di alcuni msec

14 Il processo di ripiegamento è generalmente piuttosto tormentato e ricco di introflessioni che rappresentano alcune conformazioni molecolari transitorie. Queste conformazioni resistono fino a che la relativa barriera energetica non viene superata (Thermal activations), solo in quel caso la molecola può procedere verso una conformazione più stabile, ad energia più bassa. Durante il processo di ripiegamento (Folding), la proteina viaggia attraverso un complesso paesaggio energetico ad imbuto.

15 La forza che spinge un polipeptide ad assumere una struttura definita è data dalla necessità di stabilizzarsi. Le forze in gioco sono, come sempre, entropiche ed entalpiche. G G = H - T S S < 0 Entropia: Definisce il grado di disordine di un sistema Entalpia: Definisce la quantità di energia che un sistema può scambiare Il Folding dipende essenzialmente dal contributo di 3 fattori: Entropia Conformazionale: Contributo sfavorevole perché porta ad una diminuzione di entropia (si procede verso un sistema più ordinato). Interazioni Interne: Contributo favorevole perché porta ad una diminuzione di entalpia (molteplici interazioni energicamente favorevoli tra i gruppi funzionali all interno della proteina). Effetto Idrofobico o Collasso Idrofobico: E la forza motrice del folding. Contributo favorevole perché porta ad un aumento di entropia (nascondendo i residui idrofobici le molecole di acqua riacquistano libertà di movimento, ciò porta ad un aumento del disordine nell ambiente).

16 Docking Programs ARB & Phylip Evolution Software Modelling Microarray Analysis NAMD Gromacs M.D. Oggi Linux, con circa 15 milioni di utenti nel mondo che lo preferiscono per le sue caratteristiche di sicurezza, stabilità ed adattabilità, è il sistema operativo più utilizzato nei laboratori di Bioinformatica ed in diversi altri ambiti scientifici, nelle basi spaziali della NASA, gestisce la maggior parte dei server che diffondono internet nelle nostre case e costituisce la più seria minaccia allo strapotere della Microsoft. LINUX: Il massimo delle performance nelle applicazioni più complesse ANALISI COMPUTAZIONALE DLLE PROTEINE & SISTEMI GNU/LINUX

17 TIPI DI VISUALZZAZIONE MOLECOLARE Modello a bastoncini (Stick Models) Models) (ASP810) (ASP810) (GLU640) (GLU640) ALVVGCWYDGLIPEQQVLAAFYHPLVPMRTHELPMVVIW SAIVTRSCGALIKNVIPMTVVRWIMGDAVILRWQVFYCA YTSALEWQMGYLRCVSAPTGEFNDLVVPFGRLAQWFDMV VSALLWYPVNDFKRRWQVVLIIATREWQGPPTVILLAAR YYTEDFPIKLNCCDGFWWVLIILVHDNHPEMTPMDILLV (CYS673) (CYS673) (THR670) (THR670) Y

18 (ASP810) (ASP810) Y (GLU640) (GLU640) Modello a bastoncini (Stick Models) Models) (THR670) (THR670) (CYS673) (CYS673) Modello a nastro (Ribbon Models) Models) TIPI DI VISUALZZAZIONE MOLECOLARE

19 Modello a nastro (Ribbon Models) Models) TIPI DI VISUALZZAZIONE MOLECOLARE Modello a superficie (Surface Models) Models) Superficie molecolare Modello a spazio pieno (Space(Space-filling Models) Models)

20