Upload
foster
View
31
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Problem terminologii, nomenklatury i definicji w naukach biologicznych Jacek Leluk Uniwersytet Zielonogórski Instytut Biotechnologii i Ochrony Środowiska. Jak to jest, że mamy w 98% taki sam genom co szympans, a tylko w 50% taki jak nasz własny ojciec?. "O składności członów człowieczych" - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Problem terminologii, nomenklatury i definicji
w naukach biologicznych
Jacek LelukUniwersytet Zielonogórski
Instytut Biotechnologii i Ochrony Środowiska
Jak to jest, że mamy w 98% taki sam genom co szympans,
a tylko w 50% taki jak nasz własny ojciec?
"O składności członów człowieczych"
Dlaczego ptacy mleka nie dają?
Bo musiałyby mieć cyce, które by im wadziły ku lataniu.
Andrzej z Kobylina (XVI w.)
Czy biologia jest logiczna?Bałagan terminologiczny:
• Mitochondria czy chondriosomy?• Co to jest papaina, ficyna,
czynnik Hageman?• Czy inhibitor Kazala hamuje aktywność
Kazala?
Czy biologia jest logiczna?Bałagan terminologiczny, cd.
Tłumaczenie podstawowych terminów z różnych dziedzin nauk biologicznych
• Double helix - podwójna spirala• alignment - przyrównywanie, uliniowienie,
zestawianie, uzgadnianie, dopasowanie• Czy Christmas factor to czynnik
bożonarodzeniowy?• dot matrix - dot macierz, macierz punktowa• Inhibitor Bowmana-Birka, czy Bowmana-Birk?• równanie Michalisa-Mentena, czy Michaelisa-
Menten
Czy biologia jest logiczna?Bałagan terminologiczny, cd.
Tłumaczenie skrótów z różnych dziedzin nauk biologicznych
• BPTI - Basic Pancreatic Trypsin Inhibitor - Bovine Pancreatic Trypsin Inhibitor - Basic Protein Trypsin Inhibitor
• PAM- Point Accepted Mutations- Percent Accepted Mutations
• Inhibitor (trypsyny) Kunitza- BPTI - organy zwierzęce, ssaki- STI - soybean trypsin inhibitor
Czy biologia jest logiczna?Misinterpretacje:
• Sekwencja aminokwasowa genu?• Czy inhibitory z roślin dyniowatych są inhibitorami?• Do czego służy aglutynina z ziarniaków pszenicy?• Co właściwie robią sojowe inhibitory proteinaz?• Dlaczego w biologicznych bazach danych występuje
tyle inhibitorów kinaz bez żadnej dokumentacji, że hamują one aktywność kinazową?
• Interpretacja pojęć – homologia, identyczność, podobieństwo, pokrewieństwo
Czy biologia jest logiczna?
Tworzenie teorii w oparciu o wyrywkową wiedzę i fragmentaryczne dane
• Stochastyczne macierze substytucji aminokwasowych
• Statystyczny opis procesów biologicznych• Symulacje Monte Carlo w analizie struktur
białkowych• Struktura trzeciorzędowa a wiarygodność
badań rentgenografii strukturalnej kryształów
Statistical approaches vs. accuracyHow far may they be improved?
Protein secondary structure prediction – accuracy 70-72%(not much changed since 1978)
100% accuracy requires the complete database for all possible structures.
For 30 AA polypeptides – 2030 sequences/secondary structures
Searching the database for appropriate sequence/structure with the rate 1012 sequences/sec. would proceed 1.8 bilion times longer than the age
of the Universe.
Analiza Monte Carlo w analizie i przewidywaniu struktur biomolekularnych - – jaki konkretnie stan jest przewidywany?
Modelowanie matematyczne procesów biologicznych – - łańcuchy Markowa, a różnicowanie ewolucyjne białek- problem prawidłowego oszacowania istotności obserwowanego podobieństwa sekwencji nukleotydowych i aminokwasowych
Deformowanie rzeczywistości przez błędne stosowanie dobrych narzędzi
MetAUG
MetAUG
ArgAGG
ArgAGG
LysAAG
LysAAG
ProCCC
ProCCC
AsnAAC
AsnAAC
ArgAGG
ArgAGG
GlnCAG
GlnCAG
HisCAC
HisCAC
SerAGC
SerAGC
ArgCGG
ArgCGG
ArgCGC
ArgCGC
LysAAG
LysAAG
?
Arginine-to-lysine mutational conversion pathways for arginines of different origin
Błędy interpretacyjne biologów
Aminokwasy i białka – - czy białka zbudowane są z aminokwasów?
Definicje i teorie –- definicja gatunku a teoria ewolucji
„Biologiczne” definicje, a ich potwierdzenie- Mutacje sprzężone (klastry rozproszone)
Pojęcia „prosty, wyspecjalizowany, pierwotny, prymitywny- (Cyanophyta, Archaebacteria, relacje małpa-człowiek)
Globalne i lokalne minima energii cząsteczek –- czy można opisać konkretną konformację dla konkretnego czasu jej trwania?
Procesy mikroskopowe mezoskopowe i makroskopowe, a narzędzia ich badania
- opis kwantowy cząsteczki wody, a przewidywanie wystapienia tsunami
Błędy interpretacyjne teoretyków
Problem prawdziwych założeń i właściwych wniosków
Czy sekwencja aminokwasowa białek, to tylko eklektyczny łańcuch znaków?
Błędy interpretacyjne teoretyków
Ile jest podstawowych aminokwasów budujących łańcuchy białkowe?
- 64 jeśli chodzi o ich relacje genetyczne (presja zmienności mutacyjnej)
- 20 na poziomie wyłącznie fenotypowym (podlegającym presji selekcyjnej)
Sequence multiple alignment
Problem of gap manipulation
Any protein can be aligned with each other as homologous/similar
anybiologicalstring anybilogicalstrip
anybiologicalstri-ng anybi-logicalstrip
anyproteincanbealigned
-an-yprote--i-ncanb-----ealigned
Mutacje sprzężone
Zjawisko jednoczesnego wystąpienia dwóch lub więcej mutacji warunkującego ich utrzymanie się w sposób wzajemnie zależny.
Zgodnie z aktualnie przyjetą hipotezą pozytywnej selekcji darwinowskiej na poziomie molekularnym, mutacje sprzężone odnoszą
się do kontaktujących się pozycji w białkach, związane są ze specyficznym oddziaływaniem białko-białko, lub partycypują w
zachowaniu aktywności biologicznej i/lub stabilizacji cech strukturalnych cząsteczki.
The current explanation of correlated mutations occurrence (example)
CH2
HN
CH2
CHCH3H3C
Trp
Leu
CH
CH3H3C
CH3
Ala
Val
CH
CH3H3C
CH2
CHCH3H3C
Val
Leu
CH2
HN
CH3
Ala
Trp
The three types of distribution of correlated positions present in myoglobins
The residue location and relative distribution is shown on tertiary structure of human myoglobin (P0244, pdb1bzp)
The spot correlation cluster
Position no. and occurring residues
Correlation versus position 127
127 [AMSTV] A (58) S (7)
27 [ADEFLNT] ADEFNT E
31 [GKRS] GKRS R
78 [AKLQ] K ALQ
109 [DEGNT] DEGT E
116 [AEHKQST] AEHKQS A
117 [AEKNQS] AEKQS E
122 [BDEN] BDEN D
The three types of distribution of correlated positions present in Bowman-Birk inhibitor family
The residue location and relative distribution is shown on tertiary structure of Bowman-Birk inhibitor from soybean (P01055)
The narrow correlation cluster
Position no. and occurring residues
Correlation versus position 13
13 [–ADFIKLMPRSTV] L (11) M (10)
A (8)
4 [–RSTVY] V –S S
5 [–KPST] K –S S
7 [AEGKP] A P P
11 [EFHIKLQRST] T EHQ S
21 [EFIKMQT] T Q EQ
The three types of distribution of correlated positions present in eglin-like proteins.
The residue location and relative distribution is shown on tertiary structure of eglin C (P01051)
Position no. and occurring residues
Correlation versus position 67
67 [–DGNT] D (8) G (9)
10 [–ELNQRST] ET LNQRS
The dispersed correlation
The three types of distribution of correlated positions present in lysozymes
The residue location and relative distribution is shown on tertiary structure of lysozyme from rat (P00697, pdb5lyz)
The dispersed correlation
Position no. and occurring residues
Correlation versus position 80
80 [GHKNR] G (7) H (31) N (16)
30 [ILMV] MV ILMV V
40 [DFKNR] DN N FKNR
The observed number and contribution of three correlation types in four different protein families
The correlation sets consist of 2 to over 20 residues
The protein
family (number of correlated
positions/set)
The correlation statistics
Total number of correlation
sets observed
Number of dispersed
sets
Number of narrow clusters
Number of undirected
clusters
Number of sets
related to active center
Eglin-like proteins (2-13) 20 7 7 6 1
Bowman-Birk proteinase
inhibitors (2-28)23 4 13 6 9
Myoglobins (2-29)
41 23 9 9 n.a.
Lysozymes (2-15) 41 25 9 7 9
All families 125 (100%) 59 (47.2%) 38 (30.4%) 28 (22.4%) -
Miski są wklęsłe
Miski są wypukłe
Dialog informatyk – biologProblem wspólnego języka
...nie zawsze pierwszy nasuwający się wniosek jest zgodny z rzeczywistością
W całym bogactwie zjawisk przyrodniczych...