Modelowanie, czyli jak to działa?

Prezentacja na temat: "Modelowanie, czyli jak to działa?"— Zapis prezentacji:

1 Modelowanie, czyli jak to działa?
Po co modelować? „Dla zabawy” Dla prezentacji czegoś Dla udowodnienia czegoś Dla łatwiejszego zrozumienia „całości” Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

2 Rodzaje modeli i modelowania
1. Modelowanie obiektu Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

3 Rodzaje modeli i modelowania
2. Modelowanie otoczenia Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

4 Rodzaje modeli i modelowania
3. Modelowanie zjawiska model obiektu + model otocznia = model zjawiska model + opis parametrów modelu  ustawienia symulacji Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

5 Modelowanie w biologii - biologia teoretyczna
Biologia teoretyczna jest dziedziną naukową traktującą zagadnienia biologiczne w ujęciu obliczeń ilościowych statystyka i biologia matematyczna biofizyka ewolucjonizm i filogenetyka bioinformatyka Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

6 Modelowanie molekularne
Każde działanie prowadzące do uzyskania modelu zalicza się do MODELOWANIA. Modelowanie molekularne – obejmuje wszystkie metody teoretyczne i techniki komputerowe służące do modelowania cząsteczek chemicznych i symulacji zachowywania się cząsteczek w określonych warunkach. Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

7 Budowa / struktura / formaty plików Prezentacja modeli - wizualizacja
Modele Budowa / struktura / formaty plików Prezentacja modeli - wizualizacja Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

8 Struktura molekuł Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

9 Struktury drugorzędowe
Helisy prawoskrętna lewoskrętna 3-turn helix (3/10 helix). Min length 3 residues (G) 4-turn helix (alpha helix). Min length 4 residues (H) 5-turn helix (pi helix). Min length 5 residues (I) Beta-kartki (E) równoległe anty-równoległe przeciwległe Zwroty stabilizowane wiązaniami wodorowymi (3, 4 lub 5 turn) (T) Nitka – struktura dowolna, nieokreślona (C) Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

10 Dozwolone struktury i Ramachandran Plot
Struktura molekuł Wiązanie peptydowe Kąty torsyjne Dozwolone struktury i Ramachandran Plot Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

11 Model struktury pierwszorzędowej białka
Plik w formacie FASTA >gi| |gb|AAD | cytochrome b [Elephas maximus maximus] LCLYTHIGRNIYYGSYLYSETWNTGIMLLLITMATAFMGYVLPWGQMSFWGATVITNLFSAIPYIGTNLV EWIWGGFSVDKATLNRFFAFHFILPFTMVALAGVHLTFLHETGSNNPLGLTSDSDKIPFHPYYTIKDFLG LLILILLLLLLALLSPDMLGDPDNHMPADPLNTPLHIKPEWYFLFAYAILRSVPNKLGGVLALFLSIVIL GLMPFLHTSKHRSMMLRPLSQALFWTLTMDLLTLTWIGSQPVEYPYTIIGQMASILYFSIILAFLPIAGX IENY >nazwa_sekwencji_1 sekWENCJAdanEGObiaLKAlubniCInukLEOTYDOWEJ >nazwa_sekwencji_2 kolEJNAsekWENCJAdowOLNEGOwybRANEGOBIALKAlubniciDNA >kolejna itd Kryteria formatu FASTA: Tylko sekwencja lub sekwencja z opisem Opis danej sekwencji w oddzielnej linijce (powyżej) i poprzedzony znakiem „>” Sekwencja TYLKO z dozwolonych znaków dowolnej wielkości Każda linijka sekwencji maksymalnie do 80 znaków Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

12 Model struktury drugorzędowej białka
>plik FASTA sekwencji i struktury drugorzedowej fragmentu hemoglobiny SSNYCNQMMKSRNLTKDRCKPVNTFVHESLADVQAVCSQKNVACKNGQTN CCCHHHHHHHHCPCCCCCCCCEEEEECCCHHHHHHHHHCEEECCCCPCCC Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

13 Modele struktur trzecio- i czwartorzędowych białek
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

14 Struktura plików formatu PDB
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

15 Modelowanie Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

16 CADD komputerowo wspomagane projektowanie leków
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

17 FARMAKOFOR Farmakofor jest modelem opisującym relacje przestrzenne między elementami wspólnymi dla ligandów oddziałujących z danym receptorem Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

18 Metody przewidywania struktury drugorzędowej białek
GOR-I Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

19 Metody przewidywania struktury drugorzędowej białek
GOR-I Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

20 Otrzymywanie modeli struktury białek
Metody laboratoryjne NMR, X-ray Teoretyczne przewidywanie struktury Ab initio protein modelling Comparative protein modelling modelowanie homologiczne threading (nawlekanie) Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

21 NMR Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

22 X-RAY Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

23 Metody przewidywania struktury przestrzennej białek in silico
1. Ab initio (de novo) symulacje: - Minimalizacja energii (EM), - dynamika molekularna (MD), - Monte Carlo GHIKLSYTVNEQNLKPERFFYTSAVAIL 2. comparative / homology modeling GHIKLSYTVNEQNLKPERFFYTSAVAIL THEESEQTEN-CESALIGN--NICELY ||| ||| || || ||||| |||||| THE—SEQ-EN-CE-ALIGNEDNICELY Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

24 Minimalizacja Energii
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

25 Minimalizacja Energii
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

26 Algorytm „lejkowy” The energy surface of a folding funnel from experimental data for the folding of lysozyme. The axes are defined as follows: E represents the energy of the system, Q is defined as the proportion of native contacts formed, and P is a measure of the available conformational space. Three pathways are shown corresponding to (yellow) fast folding, (green) slow folding pathway that crosses the high energy barrier, and (red) slow folding pathway which returns to a less folded state before following the pathway for fast folding (reproduced from Dobson et al., 1998).[2] Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

27 Protein folding Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

28 Modelowanie homologiczne
1. Odnalezienie modeli białek homologicznych o sekwencji podobnej co najmniej 20-25% Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

29 Modelowanie homologiczne
2. Najlepsze zestawienie sekwencji homologicznych + Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

30 Modelowanie homologiczne
3. Threading - nawlekanie Template Target Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

31 Modelowanie homologiczne
4. Optymalizacja modelu / projektu Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

32 Modelowanie homologiczne
5. Weryfikacja modelu PROCHECK analiza stereochemiczna jakości struktury WHATIF/ WHATCHECK sprawdzanie struktury atomowej ( rotamers bond angles, bond lengths …) PROVE area and volume calculations Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

33 PROCHECK Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

34 PROCHECK Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

35 Wizualizacja Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

36 Dynamika molekularna Bioinformatyka 2007/2008 Biotechnologia UWM
wykład 4 Biotechnologia UWM

37 Narzędzia Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

38 Edytory tekstu Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

39 Programy do wizualizacji, renderingu i modelowania
RasMol Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

40 Programy do wizualizacji, renderingu i modelowania
Cn3D Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

41 Programy do wizualizacji, renderingu i modelowania
VMD NAMD Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

42 Programy do wizualizacji, renderingu i modelowania
SPDBV Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

43 Programy do wizualizacji i renderingu
PovRay Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

44 Programy do wizualizacji i renderingu
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

45 Animacja działania ATPazy
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

46 Zaawansowane symulacje komputerowe
Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM

47 Fine Bioinformatyka 2007/2008 wykład 4 Biotechnologia UWM