Classificazione dei livelli
strutturali in proteine
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Classificazione dei livelli
strutturali in proteine
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http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure
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Proteine:
differenti
funzioni ed
architetture
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Proteine:
differenti
funzioni ed
architetture
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Proteine:
non tutte le
strutture
sono possibili
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Gopalasamudram Narayana Iyer
Ramachandran
φ
ψ
7
Gopalasamudram Narayana Iyer
Ramachandran
180
φ
0
ψ
ψ
0
φ
8 180
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Conformazione
delle catene laterali
Torsion Axes and Dihedral Angles of the side chain of Lysine
The sample amino acid Lysine has four torsion axes within its side chain. The torsion
axes are symbolized as arrows, the dihedral angles are labeled chi1 to chi4.
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eliche α
in α-helix hydrogen bonds between carbonyl i and amide i+4
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eliche α
Folding mechanism of alpha helices
12
eliche α
180
….ma non solo
0
ψ
0
φ
13
180
14
15
16
filamenti β
formano
foglietti β
17
anse
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Strutture supersecondarie o motivi
(elementi di struttura secondaria uguali o diversi si combinano)
(e)
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Domini strutturali
(subunità avente stabilità strutturale ed una propria funzione)
dominio che lega il
gliceraldeide-3fosfato
dominio che lega il NAD+
gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
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Piruvato chinasi
Enzima bifunzionale
PRA-isomerasi
IGP-sintetasi
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Struttura quaternaria
Eteromultimeri
Omomultimeri
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mettere ordine
alle conoscenze
strutturali acquisite
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
Rosso: principalmente α
Verde: principalmente β
Giallo: αβ
Blue: basso contenuto di strutture secondarie
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La tassonomia è la scienza che si occupa
genericamente dei modi di classificazione
I possibili modi in cui la catena proteica si ripiega non
sono infiniti. Ad oggi SCOP ne suggerisce circa 1.200.
Probabilmente, il loro numero non è superiore a 2.000
Dal momento che abbiamo un’ampia conoscenza di come le
proteine si strutturano, possiamo fare delle predizioni
sulla base della loro sequenza con tecniche di
Bioinformatica
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Bioinformatica
genoma + algoritmo*
•Allineamento di sequenze
•Individuazione di geni
•Ricostruzione di genomi da frammenti
•Allineamenti di strutture proteiche
•Predizione di strutture proteiche
•Predizione di espressione genica
•Predizione di interazioni tra proteine
* algoritmo= procedimento che risolve un determinato
problema attraverso un numero finito di passi
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http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/index-en.html
32
http://nmr.chinanmr.cn/guide/eNMR/proteins/protindex.html
33
http://www.snaggledworks.com/em_for_dummies/
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microscopy
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microscopy
Il potere risolutivo di un microscopio è la distanza minima alla quale due punti risultano distinti. Nel caso lo
strumento si basi sull'utilizzo di radiazione con una propria lunghezza d'onda associata, come i tradizionali
microscopi ottici, risoluzione e lunghezza d'onda utilizzata sono parametri tra loro strettamente correlati.
Microscopi che si basino su diverse tecnologie, come ad esempio l'AFM, ovviamente rispondono a considerazioni
differenti.
In prima approssimazione, e non tenendo conto di effetti aberrativi, possiamo considerare che la relazione che
lega il potere risolutivo (d o distanza tra due punti tra loro risolti), l'apertura numerica di un sistema ottico
(tutto il sistema) e la lunghezza d'onda della radiazione utilizzata sia
Questa relazione è generalmente nota come principio di Abbe.
Per un microscopio ottico in luce visibile d raggiunge i 0,2 micron, il microscopio elettronico giunge a 0,1nm.
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Electron cryomicroscopy
(cryo-EM or cryo-electron microscopy)
a form of electron microscopy (EM) where the sample
is studied at cryogenic temperatures (generally liquid
nitrogen temperatures (77 K or −196 °C)
Cryo-electron tomography
(cryo-ET) is a type of electron
cryomicroscopy where
tomography is used to obtain a
3D reconstruction of a sample
from tilted 2D images at
cryogenic temperatures.
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Cryo Electron-Tomografy
(cryo-ET)
Schematic diagram illustrating the
sequence of steps involved in
obtaining a three-dimensional image
of a plunge-frozen cell using cryoelectron tomography. a| A small
volume (typically
3–5 l) of a
suspension of cells in culture is
deposited on a holey carbon grid and
then plunge-frozen in liquid ethane
cooled to temperatures of 100 K by
liquid nitrogen. b | The grid is then
transferred into the column of an
electron microscope for collection
of a series of images at varying
tilts. c | The series of tilted images
is then converted to a threedimensional volume (tomogram) that
provides a representation of the
distribution of densities of cellular
components.
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Cryo Electron-Tomografy
(cryo-ET)
http://emnavi.protein.osaka-u.ac.jp/emnavi_gallery.php
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Cryo Electron-Tomografy
(cryo-ET)
40
Spectroscopy was originally the study of the interaction between light and
matter as a function of wavelength λ
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Spectroscopy studies the interaction between energy and matter
emission
emission spectroscopy
ΔΕ=hν
absorption
absorption spectroscopy
Spectrometry is the measurement of these responses and an instrument which
performs such measurements is a spectrometer or spectrograph, although the
latter term is more limited in use to the original field of optics. Normally, the
quantity that is measured is an intensity, either of energy absorbed or produced.43
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Nuclear Magnetic Resonance
NMR
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Nuclear Magnetic Resonance
NMR
Earth magnetic field: 30-60 µT
NMR spectrometer in Siena: 14.2 T
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1000 MHz NMR spectrometer
(23.5 Tesla superconducting
NMR magnet) was delivered
to the new ‘Centre de RMN à
Très Hauts Champs’ in Lyon,
France in July 2009
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Main Features
World’s first, standard-bore, high
homogeneity 1 GHz NMR magnet
Persistent superconducting magnet
UltraStabilized™ sub-cooling technology
Magnetic field strength of 23.5 Tesla
Proton NMR frequency of 1000 MHz
Standard bore size of 54 mm
delivered to the new ‘Centre
de RMN à Très Hauts Champs’
in Lyon, France in July 2009
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Centro NMR - Siena
NMRFAM - Madison
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folded
unfolded
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Nuclear Overhauser effect
(NOE)
Albert Overhauser
born August 17, 1925 in San Diego, California is an
American physicist and member of the National
Academy of Sciences. He is best known for his theory
of dynamic nuclear polarization, also known as the
Overhauser Effect. He is still at Purdue University as
Distinguished Professor of Physics.
I(NOE) = K/r6
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Soluzioni di un calcolo di “distance geometry”
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Residual Dipolar
Couplings (RDC)
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http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/inside.htm
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Circular dichroism spectroscopy
The phenomenon of circular dichroism is very sensitive to the secondary structure of
polypeptides and proteins. Circular dichroism (CD) spectroscopy is a form of light
absorption spectroscopy that measures the difference in absorbance of right- and leftcircularly polarized light (rather than the commonly used absorbance of isotropic light) by a
substance. It has been shown that CD spectra between 260 and approximately 180 nm can
be analyzed for the different secondary structural types: alpha helix, parallel and
antiparallel beta sheet, turn, and other.
A)
B)
C)
D)
Cartoon drawings of
triosephosphate isomerase
hen egg lysozyme
myoglobin
chymotrypsin
Secondary structures are color coded red:helix. green:strand, and yellow:other.
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