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Modelagem de proteínas usando SWISS-MODEL

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Nesta seção, será abordado a ferramenta SWISS-MODEL. Diferentemente do MODELLER, SWISS-MODEL é um servidor web que possui interface gráfica. Seu algoritmo também é diferente, pois utiliza regiões estruturais conservadas para construção dos modelos pelo método de união dos corpos rígidos. Porém, o SWISS-MODEL também parte do princípio de que proteínas homólogas compartilham regiões estruturalmente conservadas, como α-hélices e folhas betas, tornando-se um programa de modelagem comparativa.

O modelo é então construído a partir das regiões conservadas do molde que, em seguida, são alinhadas com a predição estrutural do alvo. Para isso, a média das posições assumidas pelos carbonos alfa das regiões conservadas estruturalmente são calculadas e usadas para o encaixe das regiões que faltam. As regiões não conservadas, que possivelmente conectam as regiões conservadas (possíveis loops), são como variáveis. Essas regiões são inseridas no modelo através de informações de um banco de dados de estruturas, classificadas de acordo com o tipo de resíduo e tipo de estrutura secundaria que conectam. As cadeias laterais dos aminoácidos são inseridas através da busca de bibliotecas de rotâmeros [22].

O modelo no SWISS-MODEL é gerado de forma automática com mínima interferência do usuário. Com apenas a sequência do alvo em mãos, o modelo é gerado e avaliado pelo próprio programa.

Acesso ao SWISS-MODEL: swissmodel.expasy.org/

Usando o SWISS-MODEL para modelagem comparativa

Etapa 1 – Seleção da proteína-molde

A sequência da proteína-alvo deve ser encontrada como nos passos referentes para o MODELLER, onde a sequência primária de ALS de Arabidopsis thaliana (Uniprot ID: P17597) foi encontrada e usada para a modelagem. Na página inicial do SWISS-MODEL, deve-se inserir a sequência do alvo e clicar em “Search For Template” (Figura 20). A opção “Build Model” também pode ser usada, mas a escolha do molde, em geral, é feita pelo programa de forma automática.

Figura 20. Página do SWISS-MODEL para busca de um molde.

Deve-se selecionar o melhor molde. Critérios de seleção da estrutura usada como referência se mantem iguais aos usados nos passos referentes ao MODELLER. Prestando atenção no valor de identidade (>25%) entre as sequências, melhor cobertura, E-value baixo, e melhor resolução cristalográfica (quanto menor melhor). Portanto, escolhemos como molde a estrutura de código PDB 3E9Y [23](Figura 21).

Figura 21. Resultado do Swiss-Model para a busca do molde a partir da sequência alvo.

Etapa 2- Alinhamento e construção do modelo

O SWISS-MODEL já trabalha o alinhamento internamente. Precisa-se apenas selecionar o modelo de acordo com a lista de opções dada (Figura 21) e o servidor busca o arquivo PDB. O modelo então é construído com base no molde e alinhamento após clicar em “Build Models” (Figura 21). Podemos perceber que o SWISS-MODEL elimina automaticamente a região do peptídeo sinal, não permitindo a inserção do mesmo.

Etapa 3 – Avaliação do modelo

O SWISS-MODEL possui as próprias ferramentas de avaliação. Clique em “Structure Assessment” para avaliar o modelo (Figura 22).

Figura 22. Avaliação do modelo construído.

Para avaliar o modelo deve-se atentar para os valores de QMEAN (Qualitative Model Energy ANalysis) e GMQE (Global Model Quality Estimation). O QMEAN é um estimador conhecido como z-score. Quando o valor z está próximo de 0 significa que o modelo é considerado confiável e, portanto, existe uma boa concordância entre o modelo e estruturas experimentais de tamanho semelhantes. As propriedades geométricas oferecem uma estimativa de qualidade absoluta global. Já o GMQE, se encontra em uma faixa de 0 a 1. Quanto mais alto mais preciso é o modelo em relação ao alinhamento alvo-modelo e a cobertura do alvo. O SWISS-MODEL também fornece um gráfico de Ramachandran interativo na página web (Figura 23). A estatística do gráfico de Ramachandran é de 96,72% dos resíduos em regiões favoráveis. Após o download do modelo, uma comparação visual entre as estruturas molde e modelo pode ser feita por meio de alinhamento estrutural utilizando a ferramenta PyMOL.

Figura 23. Gráfico de Ramachandran disponibilizado pelo SWISS-MODEL em relação ao modelo gerado.

Este texto faz parte do artigo “Modelagem computacional de proteínas“:

Sumário
1. Introdução à modelagem de proteínas
2. Métodos dependentes de molde
– 2.1 Modelagem comparativa
—- 2.1.1 MODELLER
—- 2.1.2 SWISS-MODEL
– 2.2 Threading
—- 2.2.1 I-TASSER
3. Modelagem ab initio: métodos independentes de molde
– 3.1 ROBETTA
4. Referências bibliográficas
Boa leitura!

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