Tutorial Modeller

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BRUNO PEDROSO DA SILVA 
GABRIEL COSTA FURTADO 
 
 
 
 
 
 
 
Procedimento Operacional Padrão 
Modelagem Comparativa de Estruturas Proteicas usando MODELLER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belém-PA 
2015 
 
BRUNO PEDROSO DA SILVA 
GABRIEL COSTA FURTADO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Procedimento Operacional Padrão 
Modelagem Comparativa de Estruturas Proteicas usando MODELLER 
 
 
 
 
 
 
Descrição do procedimento padrão detalhada das 
operações necessárias para realizar a modelagem 
comparativa de estruturas usando o programa 
Modeller. 
 
 
 
 
 
 
Belém – PA 
2015 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 
2 OBJETIVO ............................................................................................................... 4 
3 MODELAGEM DE PROTEÍNAS POR HOMOLOGIA .............................................. 5 
3.1 ENCONTRANDO E SELECIONANDO TEMPLATES ........................................... 5 
3.2 CRIANDO PASTAS .............................................................................................. 6 
3.3 EDITANDO SCRIPTS ........................................................................................... 8 
3.4 ALINHAMENTO ENTRE O TARGET E O TEMPLATE ......................................... 8 
3.5 CRIANDO O MODELO........................................................................................ 10 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 Introdução: 
Com os avanços nos estudos em sequenciamento de DNA, a elucidação de 
genes e sua interpretação nos últimos anos, novas perspectivas para a biociência 
ficaram em aberto. Uma delas foi a explanação sobre a função das as proteínas 
codificadas por esses genes. A função de uma proteína está intimamente ligada ao 
seu formato tridimensional, logo entendendo sua conformação estrutural e 
analisando outros aspectos é possível predizer seu aspecto funcional. Além disso, é 
possível propor uma molécula sintética que interaja da mesma forma que a proteína 
natural, ou que atue no mesmo setor, mas de forma diferente. 
A modelagem de proteínas é a mais nova forma de elaboração e 
planejamento de fármacos. Ela se mostra cada vez mais útil e versátil, pois dispensa 
a principio, testes com animais ou humanos que requerem todo um aparato ético e 
orçamentário uma vez que modelagem de proteínas é realizada in silico e demanda 
de bem menos recursos em longo prazo. 
Existem diversas formas de se chegar a estrutura tridimensional de uma 
proteína, entre elas se se destacam os métodos: ab initio, que consiste em 
determinar a estrutura terciaria de uma proteína a partir de sua estrutura primária 
baseado em cálculos de energia; a modelagem por folding (ingl. : dobradura) que 
baseia-se em determinar a estrutura da proteína com base no seu padrão de 
enovelamento; e a modelagem por homologia que resume-se em predição da 
estrutura tridimensional de uma proteína alvo a partir da sua estrutura primária e 
estrutura de proteínas homólogas que funcionam como moldes. Esse ultimo método 
é atualmente o mais bem aceito e é sobre o qual falaremos. 
 
2 Objetivos: 
Propor a estrutura tridimensional de uma proteína alvo, a partir de sua 
sequencia de aminoácidos e de moldes que tenham uma semelhança 
estereoquímica com o alvo. 
Observação: Neste tutorial utilizei como target (alvo): a sequência de 
aminoácidos da lactato desidrogenase do Trichomonas vaginalis, e como template 
(molde retirado do PDB): malato desidrogenase de um ancestral do T. vaginalis. 
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3 Modelagem de Proteínas por Homologia. 
3.1 Encontrando e Selecionando Templates: 
Primeiramente deve se ter em mente a proteína na qual se deseja trabalhar, 
fazer um levantamento bibliográfico sobre a mesma e encontrar sua estrutura 
primária (sua sequencia de aminoácidos) para então se achar um template 
adequado. 
Para obtenção de templates, utiliza-se o site abaixo: 
Site: http://www.rcsb.org/pdb/search/advSearch.do?st=SequenceQuery 
1º Passo: Coloca-se a sequência na barra de pesquisas: 
 
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2º Passo: Seleciona resultados mais semelhantes à proteína em questão, tal grau de 
semelhança é mostrado no próprio site. 
 
 
Depois de encontrar modelos com semelhança de 40% (quanto maior a 
semelhança, melhor será seu modelo) ou mais, faz-se o download destes para uma 
pasta específica – recomendo que deixe em uma pasta na unidade de disco C do 
computador, então prossegue para a segunda etapa para a próxima etapa. 
 
3.2 Criando pastas: 
Você deve baixar uma pasta no site do modeller que contém todos os scripts 
e exemplos do tutorial do Modeller. 
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Site do tutorial do Modeller: https://salilab.org/modeller/tutorial/basic.html 
 
Baixe “zip format” caso esteja trabalhando em Windows (ou “tar.gz” caso 
esteja usando Linux) para a pasta que você criou. 
Então extraia o comando “align2d.py”, o “model-single.py” e o target que no 
tutorial é o “TvLDH.ali” e edite a sequencia de aminoácidos e o nome conforme o 
seu target ou como desejar. Lembrando que o template retirado do PDB também 
deve estar nessa mesma pasta, deste modo: 
 
 
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3.3 Editando scripts: 
Depois disso, você deverá editar os scripts que você extraiu do basic-
example, pois os mesmos estão configurados para as proteínas do tutorial. 
Abra o “align2d.py” com um editor de texto e substitua o template e target pelo 
respectivos template e target que você escolheu. Lembrando que nos scripts estarão 
“1bdm” como template utilizado e que “TvLDH” como target. 
 
Obs: Usei a 4UUP como template e TvLDH como target. 
 
3.4 Alinhamento entre o target e o template: 
Essa etapa vem logo após se ter editado o script “align2d.py”. E tem como 
objetivo realizar o alinhamento das sequencias de aminoácidos constituintes da 
proteína. 
O alinhamento é feito pelo programa Modeller, e como o mesmo não possui 
interface gráfica, seus comandos são todos realizados pela prompt de comando. 
Deve-se entrar na pasta em que estão os arquivos e scripts através da prompt 
e então dar o comando “mod9.15 align2d.py” e esperar o programa realizar os 
cálculos para gerar dois novos arquivos, o PAP e o ALI. 
 
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Os dois novos arquivos gerados serão essenciais para a criação de um 
modelo tridimensional. Tanto o arquivo ALI quanto o PAP mostrarão o alinhamento 
entre os aminoácidos do template e do target. 
Ex: Arquivo PAP mostrando o alinhamento dos aminoácidos das duas 
proteínas. Os espaços vazios marcados por hifens (--) são os chamados GAPs ou 
intervalos, são regiões onde não há aminoácidos na proteína que estejam no mesmo 
setor da outra. 
Os asteriscos (**) mostram onde há repetição de aminoácidos de mesma 
posição nas proteínas diferentes. 
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3.5 Criando o modelo: 
Após obter o alinhamento entre as proteínas é hora de partir para a criação do 
modelo. 
E de novo se tem que editar script, mas agora para a criação do modelo, que 
é o “model-single.py” trocando as proteínas do tutorial pela que deseja. 
 
E então se pode dar o comando “mod9.15 model-single” no Modeller pela 
prompt que ele gerará seu modelo tridimensional no formato PDB. 
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Após a execução do comando de alinhamento os arquivos gerados na pasta 
serão o .ali e o .pap. E depois do comando para gerar os modelos da proteína 
devem aparecer na pasta arquivos .pdb com o nome da proteína seguidos da 
inscrição B99990001, B99990002, B99990003, B99990004, B99990005. 
.REFERÊNCIAS: 
Andrej Sali. Modeller, tutorial: exemplo básico. Disponível em: 
<https://salilab.org/modeller/tutorial/basic.html> Acesso em 11 de dezembro de 
2015. 
PBD (Protein Data Bank), Sequence. Disponível em: 
<http://www.rcsb.org/pdb/search/advSearch.do?st=SequenceQuery> Acesso em 11 
de dezembro de 2015.