Sequenties oplijnen

Als we willen weten of twee eiwitten 'op elkaar lijken', dan doen we eerst een 'sequence alignment', we lijnen de sequenties op. Wat betekent dat. Wel, we kunnen de twintig amino zuren representeren door twintig letters. Die lijst is beschikbaar. Maar je kunt ook alle aminozuren even snel tegelijk op 1 pagina  bekijken.

We kunnen eiwitten weergeven als rijen van letters; bijvoorbeeld: ASDREFGTHIYHLATGREDFVHKITYHLASTTF.

Als je de twee sequenties

 

alignment

 

 

onder elkaar ziet staan dan kun je lang staren, maar het verband wordt niet duidelijk. Als je echter wat heen en weer gaat schuiven, dan kun je ook krijgen:

alignment

en daaraan kun je zien dat deze twee sequenties erg veel gemeenschappelijk hebben.

Hoe doe je dat nu, zo'n oplijning? Wel, je schuift wat heen en legt zoveel mogelijk identieke residuen onder elkaar. Dat kan iedereen nog wel programmeren denk ik. Maar wat doen we nu rond dat gat in het midden? Daar zijn drie mogelijkheden.

alignment


Waarom is 1 nu goed en niet 2 of 3?

Om dat te beantwoorden moeten we even naar de aminozuren kijken. Ga nog eens naar de aminozuren pagina en kijk eens naar de aminozuren S, F, T en Y. Bedenk dat zuurstof is rood, koolstof is groen en stikstof is blauw. Koolstof is hydrofoob (water afstotend) en zuurstof en stikstof zijn hydrofiel (water aantrekkend). Verder hebben alle aminozuren dezelfde hoofdketen (eigenlijk niet helemaal waar, maar over de uitzonderingen proline en glycine hebben we het vandaag even niet). Die hoofdketen bestaat uit twee koolstoffen aan lekaar met aan de ene kant twee zuurstoffen, en aan de andere kant een stikstof.

Als je naar die S, F, T en Y gekeken hebt, denk dan nog eens na over waarom oplijning 1 de beste is. Het aardige van deze opgave is dat de onderliggende gedachten deel was van een denkproces wat Linus Pauling nog niet eens zo heel lang geleden de nobel prijs heeft opgeleverd. Dat was de eerste nobel prijs voor bioinformatica, en dat nog wel 30 jaar voordat het woord werd uitgevonden.

 

Hoe erg lijk ik op een aap of varken?

 

Als je hier klikt begint de opgave te leven.


Eiwit struktuur

 

In deze opgave gaan we een paar strukturen bekijken. We beginnen met iets heel eenvoudigs: een kort stukje helix. Dat is om even aan het grote werk te wennen. Als je op het woord helix klikt, dan krijg je een klein stukje van een helix te zien. Probeer eens om aan je partner uit te leggen wat de regelmaat is die je in deze helix ziet.

De helix die hier onder staat is uit een echt eiwit gehaald, en wat geperfectioneerd voor onderwijs doeleinden. Hoe en waar denk je dat deze helix in dat eiwit gezeten heeft?

Nu gaan we naar een echt eiwit kijken. De aminozuur volgorde van dit eiwit(je) is:

in 1-letter code:

TTCCPSIVARSNFNVCRLPGTPEAICATYTGCIIIPGATCPGDYAN

of in 3-letter code:


   1 - 10 THR THR CYS CYS PRO SER ILE VAL ALA ARG
  11 - 20 SER ASN PHE ASN VAL CYS ARG LEU PRO GLY
  21 - 30 THR PRO GLU ALA ILE CYS ALA THR TYR THR
  31 - 40  GLY CYS ILE ILE ILE PRO GLY ALA THR CYS
  41 - 46 PRO GLY ASP TYR ALA ASN

 

Stel nu eens dat je dit eiwit stabieler wilt maken. Bijvoorbeeld omdat het kapot gaat bij de sterilisatie van bier. Wij doen dat hier niet, maar voor export naar de USA is sterilisatie verplicht. Door de sterilisatie gaat ons eiwit kapot en dan leveren de cyteines de typische vieze smaak van zoveel zwavel verbindingen: H2S oftewel rotte eieren.

Als je er echt diep op in wilt gaan dan kun je kijken naar de (missing link) met uitleg over het stabiliseren van eiwitten. Ik denk echter dat dit nog wel iets te moeilijk zal zijn (het is materiaal voor hoofdvak en promotie studenten) daarom hier even een kleine samenvatting:

Als je een eiwit stabieler wilt maken dan kun je het best:

  • Plus - Min ladings paren aanbrengen (Asp-Arg; Glu-Arg, Asp-Lys, Glu-Lys). Om dat te doen moet je een plek zoeken waar je twee ladingen naast elkaar aan kunt brengen. Het beste kies je daar twee hydrophobe residuen (die dus alleen maar koolstof in de zijketen hebben).

  • In ons geval gaat het om de smaak. Je kunt dus ook alle Cysteines weg muteren. Daarbij moet je er wel om denken dat het dan nog een beetje past. Het weghalen van cysteines zal het eiwit heel onstabiel maken, maar de smaak van het bier verbeteren! Hoe zou je de cysteines willen muteren?