Samenvatting Bio-informatica (G0O59B)

H1: Wat is bio-informatica?




Bio-informatica= het verzamelen, opslaan en analyseren van alle biologische 1 bit 0 of 1
data om er zoveel mogelijk informatie van te verzamelen 1 byte 8 bit
1 kb 1.000 byte
Moleculaire modellering= het gedrag van biomoleculen op atomisch level 1 MB Miljoen byte
simuleren  interacties in 3D als balletje aan veer + potentiële E van 3D 1 GB Miljard byte
molecules berekend door krachtveld 1 TB Biljoen byte
Hierarchie: gen > genoom > cel > weefsel > orgaan > organisme > populatie > ecologie

Bio-informatica is booming: verbetering in sequencing technologie  veel info

Welke velden zijn belangrijk in bioinformatica?

a) Geneeskunde: creëren van data + gebruik van info voor research/ patiënten
b) Informatica: databanken en algoritmes ontwikkelen
c) Statistiek: grote hoeveelheden data hebben methoden nodig voor correcte analyse
d) Biomedische: patient data + design nieuwe drugs + keuze drug therapy + drug resistance
e) Biotechnologie: data vergelijken met data van andere organismen of genproducten


H2: Review van biomoleculaire
bouwblokken
Non-coding RNA (ncRNA)= codeert niet voor eiwitten, maar voor RNA dat op zichzelf kan opvouwen

1. Aminozuren
 21 AZ komen voor in eiwitten
 54 eiwitten in mens
 Alle AZ zijn linksdraaiend!

Selenocysteine (SEC, U)= gecodeerd door stopcodon UGA

1

,  bevat riboswitch: geen stopcodon, wel SEC inbouwen

 His: + geladen of neutraal afhankelijk van pH
 Trp en Tyr: polair  buitenkant eiwit
 Cys: vorming S-bruggen
 Gly: flexibel + geen zijketen
 Pro: cyclische backbone  maakt eiwit rigide




Primaire - AZ-sequentie is 1e stap in opvouwen van eiwitcomplex
structuur - Gelezen van N tot C terminus
- Elektron delocalisatie  peptidebond is planair + rigide
- Dipool in peptidebond  peptidebinding kan draaien
- Rigide peptidebond  2 conformaties: cis + trans (99.9% is trans)
- Pro: zowel cis als trans afhankelijk van zijketen omgeving
Anfinsen dogma= alle informatie om correct op te vouwen en actief te zijn is
opgeslagen in de sequentie alleen
 Primaire sequentie bepaalt welke secundaire structuur wordt gevormd
Secundaire - 1e structuur duidt 2e structuur aan  gevormd tijdens translatie
structuur - a-helices, b-strands, b-turn (reverse turn)
- Stabilisatie door H-bruggen en zijketen interacties
Beta-turn= stevige verbinding tussen 2 strengen in anti-parallel sheet 
verschillende types afhankelijk van orientatie residues
Tertiaire Anfinsen dogma= primaire structuur bepaalt tertiaire structuur
structuur Levinthal paradox= bemonsteren van alle conformaties van eiwit duurt langer
dan het universum oud is  logica achter eiwitopvouwing
- Opvouwing volgens trechter: in begin heb je veel combinaties
- Hydrofobe elementen verstopt + hydrofiele elementen exposed
Molten globule= structuur waarbij we bijna tertiaire structuur hebben, nog niet
volledig perfect in conformatie  gevormd tijdens opvouwing
Quaternaire - Opgevouwen eiwitten interageren met andere molecules  actief
structuur - Residues actieve site: polair, Ser, His, Asp, Cys, Asp/Glu + Mg/Mn +
Cys/His + Zn
Prosthetische groep= gebonden en laat nooit los
Co-factor= gebonden en kan los laten  gebonden aan vrije e-paren (backbone
O, Asp, Glu, His, Cys, water)  metaal heeft voorkeurssymmetrie
Co-enzyme= substraat voor enzymatische reactie
Tunneling= brengen verschillende enzymatische sites samen om substraten
gemakkelijk door te brengen
Allosterie= binding molecule aan monomeer A zorgt voor verhoogde/ verlaagde
activiteit van monomeer B




H3: Databanken
2

,  Eerste databanken waren niet online
 1965: Margaret Dayhoff zet eerste eiwitsequenties (65) in een boek  1984: telefonische
toegang tot pagina’s (Protein Information Resource)
 1982: nucleotide en eiwitsequenties (GenBank)

1. Sequentie databanken
 Resultaten van DNA sequenering (NCBI, Bioinformatics portal, Swissprot)
 Systemen in databanken zijn aan elkaar gekoppeld

FASTA format= behoudt enkel de sequentie-informatie

2. Structuurdatabanken
 Protein Data Bank (PDB): 3D structuren van eiwitten  1e database klaar voor computer
 Verschillende experimentele methoden  verschillende structurele info + data
eigenschappen
 Resolutie en R-waarde moeten zo laag mogelijk zijn!

Eiwit a)Diffractie
crystallography b)Fourier series: kristallen zijn moleculen die zich ritmisch herhalen
c)Kristallen: ritmische symmetrische pakking van units
d)X-rays: intense straling opwekken + kunnen interfereren met
elektronen
 1914: structuur NaCl opgelost (vaste structuur zonder covalente
bindingen in kubusrooster)
 1953: DNA-structuur opgelost uit vezels
Eiwit NMR- - Gebruik van gelabelde eiwitten (15N + 13C)
spectroscopy - Meten welke atomen dicht bij elkaar staan
- Minder accurate techniek: backbone is wel juist
CryoEM single - EM (100.000 – 2.000.000x vergroting)
particle analysis - 3D reconstructie: alle beelden combineren in 3D beeld


NADELEN VOORDELEN
Eiwit - Moeilijk om te kristalliseren - Elke grootte is mogelijk
crystallography - Hoge zuiverheid nodig
- Artefacten van kristal packing
Eiwit NMR- - Gelabelde eiwitten nodig - Geen crystallisatie nodig
spectroscopy - Structuur is een model: veel - Reflecteert dynamica in oplossing
oplossingen
- Grote eiwitten zijn onmogelijk
- Moeilijk om multimeren te
modelleren
CryoEM - Grote complexen nodig (125 kDa) - In silico oplossing van onzuiverheden
- Bepaalde vorm/ symmetrie nodig - Gedrag in oplossing bekijken




Crystallography: kwaliteit

Resolutie= experimenteel bepaald, afhankelijk van kristalkwaliteit en X-ray intensiteit  hoe lager de
resolutie, hoe beter (beter opgeloste structuur, kleinere e-wolk)

3