Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Vielzahl von Daten zur Struktur und Funktion von Proteinen gesammelt. Anschließend wird in strukturellen Daten die atomare Packungsdichte untersucht. Untersuchungen an Strukturen benötigen oftmals maßgeschneiderte Datensätze von Proteinen. Kriterien für die Auswahl einzelner Proteine sind z.B. Eigenschaften der Sequenzen, die Faltung oder die Auflösung einer Struktur. Solche Datensätze mit den im Netz verfügbaren Mitteln herzustellen ist mühselig, da die notwendigen Daten über viele Datenbanken verteilt liegen. Um diese Aufgabe zu vereinfachen, wurde Columba, eine integrierte Datenbank zur Annotation von Proteinstrukturen, geschaffen. Columba integriert insgesamt sechzehn Datenbanken, darunter u.a. die PDB, KEGG, Swiss-Prot, CATH, SCOP, die Gene Ontology und ENZYME. Von den in Columba enthaltenen Strukturen der PDB sind zwei Drittel durch viele andere Datenbanken annotiert. Zum verbliebenen Drittel gibt es nur wenige zusätzliche Angaben, teils da die entsprechenden Strukturen erst seit kurzem in der PDB sind, teils da es gar keine richtigen Proteine sind. Die Datenbank kann über eine Web-Oberfläche unter www.columba-db.de spezifisch für einzelne Quelldatenbanken durchsucht werden. Ein Benutzer kann sich auf diese Weise schnell einen Datensatz von Strukturen aus der PDB zusammenstellen, welche den gewählten Anforderungen entsprechen. Es wurden Regeln aufgestellt, mit denen Datensätze effizient erstellt werden können. Diese Regeln wurden angewandt, um Datensätze zur Analyse der Packungsdichte von Proteinen zu erstellen. Die Packungsanalyse quantifiziert den Raum zwischen Atomen, und kann Regionen finden, in welchen eine hohe lokale Beweglichkeit vorliegt oder welche Fehler in der Struktur beinhalten. In einem Referenzdatensatz wurde so eine große Zahl von atomgroßen Höhlungen dicht unterhalb der Proteinoberfläche gefunden. In Transmembrandomänen treten diese Höhlungen besonders häufig in Kanal- und Transportproteinen auf, welche Konformationsänderungen vollführen. In proteingebundenen Liganden und Coenzymen wurde eine zu den Referenzdaten ähnliche Packungsdichte beobachtet. Mit diesen Ergebnissen konnten mehrere Widersprüche in der Fachliteratur ausgeräumt werden. / In this work, a multitude of data on structure and function of proteins is compiled and subsequently applied to the analysis of atomic packing. Structural analyses often require specific protein datasets, based on certain properties of the proteins, such as sequence features, protein folds, or resolution. Compiling such sets using current web resources is tedious because the necessary data are spread over many different databases. To facilitate this task, Columba, an integrated database containing annotation of protein structures was created. Columba integrates sixteen databases, including PDB, KEGG, Swiss-Prot, CATH, SCOP, the Gene Ontology, and ENZYME. The data in Columba revealed that two thirds of the structures in the PDB database are annotated by many other databases. The remaining third is poorly annotated, partially because the according structures have only recently been published, and partially because they are non-protein structures. The Columba database can be searched by a data source-specific web interface at www.columba-db.de. Users can thus quickly select PDB entries of proteins that match the desired criteria. Rules for creating datasets of proteins efficiently have been derived. These rules were applied to create datasets for analyzing the packing of proteins. Packing analysis measures how much space there is between atoms. This indicates regions where a high local mobility of the structure is required, and errors in the structure. In a reference dataset, a high number of atom-sized cavities was found in a region near the protein surface. In a transmembrane protein dataset, these cavities frequently locate in channels and transporters that undergo conformational changes. A dataset of ligands and coenzymes bound to proteins was packed as least as tightly as the reference data. By these results, several contradictions in the literature have been resolved.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/16309 |
| Date | 14 August 2007 |
| Creators | Rother, Kristian |
| Contributors | Frömmel, Cornelius, Leser, Ulf, Bujnicki, Janusz M. |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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