Logo Universitat de Barcelona Departament de Ciències Fisiològiques - II imatge de maquetació
Español English imatge de maquetació
Imatge de diagramació
 
  Inici i Actualitat Ubicació Web UB imatge de maquetació


imatge de maquetació imatge de maquetació imatge de maquetació imatge de maquetació imatge de maquetació
imatge de maquetació
Pàgina de
Visualització
Molecular del Dept.
imatge de maquetació
Icona d'informació
Més informació:
imatge de diagramació
Dept. de Ciències Fisiològiques - II
Facultat de Medicina i Odontologia
Universitat de Barcelona
4a planta Pavelló de Govern
(Campus de Bellvitge)
imatge de diagramació
Feixa Llarga, s/n
08907 L'Hospitalet Ll.
Telf: (+34) 934024268
Fax: (+34) 934024268
imatge de diagramació
E-Mail:
icona mailSecretaria del Dept.
icona mailWebmaster CF-II
 
 
imatge de maquetació
imatge de maquetació imatge de maquetació imatge de maquetació
imatge de diagramació
Visualització Molecular per ordinador en Bioloquímica i en Biologia Molecularimatge de diagramació
imatge de diagramació imatge de diagramació imatge de diagramació
   
imatge de diagramació
Leuzip
imatge de maquetació
Preàmbul
imatge de maquetació
   Les molècules i especialment les biomolècules complexes com les proteïnes o els àcids nuclèics, són estructures tridimensionals molt grans que resulten difícils de imaginar en les representacions estàtiques de dibuix en paper.

Per a la comprensió i l'estudi de les estructures més simples com monoglícids o aminoàcids, s'ha recorregut clàssicament a l'ús de models moleculars amb boles i varetes de diferents colors que representen enllaços i àtoms.

models
(Alguns d'aquests models han sigut utilitzats en les pràctiques fetes en el context d'aquesta assignatura.)
imatge de maquetació
   No obstant, quan es tracta de visualitzar proteïnes o àcids nuclèics i especialment comprendre la relació íntima entre les seves propietats estructurals y la seva funció, es requereixen visualitzacions que aquest tipus de models no poden oferir, entre altres coses degut al seu cost elevat i la dificultat de la seva fabricació.

Els Ordinadors i la Visualització Molecular
imatge de maquetació
   L'adveniment de la informàtica i dels ordinadors per a ús majoritari, va permetre fa uns 30 anys el desenvolupament de programes informàtics capaços d'oferir imatges tridimensionals de l'estructura de biomolècules. En un principi es tractava d'ordinadors molt potents per a la seva època, del tipus "Estació de Treball" i que només eren usats per investigadors especialitzats. Amb l'arribada de la microinformàtica, a principis dels anys 80, es va visllumbrar la possibilitat de desenvolupar programes de visualització molecular per a microordinadors, malgrat no va ser fins a mitjans dels anys 90 quan aparegué el primer programa pioner en visualització molecular: RASMOL.

Les coordenades atòmiques de les molècules
imatge de maquetació
   Per poder realitzar un dibuix, un model o una imatge tridimensional per ordinador d'una molècula com una proteïna, per exemple, és imprescindible conèixer quina és la seva estructura tridimensional, és a dir, com estan col.locats tots o part dels seus àtoms en l'espai. Això significa conèixer quines són les coordenades espaials x, z, z dels seus àtoms, les seves posicions. Coneixent aquestes coordenades resulta possible llavors que un ordinador, usant un algoritme matemàtic, ens ofereixi una imatge tridimensional de la mateixa.

 Cóm s'obtenen les coordenades atòmiques d'una molècula?
imatge de maquetació
   Les 2 tècniques més utilitzades per elucidar la conformació tridimensional de les mol3lècules són la Difracció de raigs-X i la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN).

La tècnica de Difracció deRaigs-X requereix que la molècula es trobi perfectament ordenada en un cristall, mentre que la RMN permet determinar estructures tridimensionals de molècules en solució. Així mateix, la RMN permet determinar les posicions dels àtoms d'hidrogen, els quals per ser tant petits escapen a la longitud d'ona dels raigs-X i per tant les coordenades obtingudes per Difracció de Raigs-X no contenen les seves posicions.

mioglobina
(Primer model tridimensional de la mioglobina obtingut per Kendrew el 1959)
imatge de maquetació
 Arxius de Coordenades atòmiques i bancs de dades
imatge de maquetació
   Com hem dit, qualsevol programa de visualització molecular per ordinador necessita les coordenades atòmiques per poder representar la molècula. Les coordenades estan contingudes en arxius de text que poden arribar a ser molt grans ( pensem en proteïnes amb 5.000 àtoms o més). Aquests arxius contenen informació sobre la molècula, noms dels investigadors que la van cristal.litzar, revista on és va publicar, mètode utilitzat, font biològica i sobretot les coordenades de tots els àtoms una a una:

 Exemple dels 2 primers residus d'un arxiu de la Insulina
imatge de maquetació
   SIGNIFICAT DE LES COLUMNES

A: Identifica de forma única de cada àtom en tota la molècula. Aquest número no es repeteix en tota la molècula excepte quan conté més d'un model (RMN).
B: Tipus d'àtom.
C: Tipus de residu ( aminoàcid per proteïnes, base per àcid nuclèics).
D: Cadena en la que es troba el residu. A vegades no s'especifica si hi ha una sola cadena.
E: Número d'ordre del residu. Per exemple, aquesta glicina de la cadena A és el residu 1 i tots els àtoms d'aquest residu tenen el número 1.
F,G y H: Són les coordenades atòmiques.

Coordenades
imatge de maquetació
   Quan es determina l'estructura tridimensional d'una molècula, d'un complex, de la interacció d'un fàrmac amb una proteïna, de la unió d'una proteïna al ADN, etc... han de dipositar-se les coordenades atòmiques en un banc internacional via Internet al que es pot accedir des de diversos servidors. Aquest banc es coneix generalment com Protein Data Bank (PDB), encara que n'hi ha d'altres. Aquestes coordenades defineixen aquesta estructura amb 4 caràcters sempre. Per exemple, la molècula anterior és 1 HLS. És important recalcar que aquest banc és redundant en les seves dades de forma que existeixen diferents arxius per a una mateixa molècula. Per exemple, si busquem Insulina ens podem trobar amb desenes d'arxius que contenen les coordenades de la Insulina, depenent del grup investigador que ha obtingut les coordenades, la font biològica, la forma d'obtenir les coordenades, si es tracta d'un mutant o una forma normal, etc... El segment de coordenades anterior correspon a l'estructura tridimensional determinada pel grup de Kaarsholm amb insulina de pàncreas humà i determinada per RMN. Quan s'accedeix a aquests bancs i recuperem l'arxiu de coordenades, aquest serà del tipus xxxxx.pdb i contindrà tota la informació complerta que acabem de comentar.

 Bancs on obtenir coordenades de Molècules
imatge de maquetació
   Algunes de les direccións més usades per obtenir coordenades atòmiques de macromolècules són:

PDB lite

RCSB

NCBI

El problema d'aquests bancs de dades és que contenen milers d'estructures i a vegades resulta difícil trobar exactament l'estructura que busquem. Per altra banda, aquests bancs de dades no contenen coordenades atòmiques de molècules petites com la glucosa, un àcid gras o un aminoàcid. En conseqüència, és molt útil recórrer a adreces web que ens facilitin seleccions de molècules grans i petites que puguin ser del nostre interès. Per exemple:

Eric Martz manté un atlas d'una selecció de molècules.

En l'Índex mundial de visualització molecular trobem uan pàgina dedicada a direccions que contenen arxius de molècules més o menys seleccionades.

El CD de recursos BIOROM, creat per professors de bioquímica espanyols, també conté estructures de molècules seleccionades en la forma de tutorials als que s'accedeix usant diversos tipus de programes de visualització molecular.

imatge de maquetació
Continua a la secció de Programes de Visualització
imatge de maquetació
Imatge de diagramació Imatge de diagramació Imatge de diagramació Imatge de diagramació
  Última actualització: Març 2010 Departament de Ciències Fisiològiques - II