“Fuzzy oil drop” model verified positively

The “fuzzy oil drop” model assuming the structure of the hydrophobic core of the form of 3-D Gauss function appeared to be verified positively. The protein 1NMF belonging to downhill proteins was found to represent the hydrophobic density distribution accordant with the assumed model. The accordance of the protein structure with the assumed model was measured using elements of theory information. This observation opens the possibility to simulate the folding process as influenced by external force field of hydrophobic character

Prediction of Functional Sites Based on the Fuzzy Oil Drop Model

A description of many biological processes requires knowledge of the 3-D structure of proteins and, in particular, the defined active site responsible for biological function. Many proteins, the genes of which have been identified as the result of human genome sequencing, and which were synthesized experimentally, await identification of their biological activity. Currently used methods do not always yield satisfactory results, and new algorithms need to be developed to recognize the localization of active sites in proteins. This paper describes a computational model that can be used to identify potential areas that are able to interact with other molecules (ligands, substrates, inhibitors, etc.). The model for active site recognition is based on the analysis of hydrophobicity distribution in protein molecules. It is shown, based on the analyses of proteins with known biological activity and of proteins of unknown function, that the region of significantly irregular hydrophobicity distribution in proteins appears to be function related

Never born proteins as a test case for ab initio protein structures prediction

The number of natural proteins although large is significantly smaller than the theoretical number of proteins that can be obtained combining the 20 natural amino acids, the so-called “never born proteins” (NBPs). The study of the structure and properties of these proteins allows to investigate the sources of the natural proteins being of unique characteristics or special properties. However the structural study of NPBs can also been intended as an ideal test for evaluating the efficiency of software packages for the ab initio protein structure prediction. In this research, 10.000 three-dimensional structures of proteins of completely random sequence generated according to ROSETTA and FOD model were compared. The results show the limits of these software packages, but at the same time indicate that in many cases there is a significant agreement between the prediction obtained

Fuzzy oil drop model to interpret the structure of antifreeze proteins and their mutants

Mutations in proteins introduce structural changes and influence biological activity: the specific effects depend on the location of the mutation. The simple method proposed in the present paper is based on a two-step model of in silico protein folding. The structure of the first intermediate is assumed to be determined solely by backbone conformation. The structure of the second one is assumed to be determined by the presence of a hydrophobic center. The comparable structural analysis of the set of mutants is performed to identify the mutant-induced structural changes. The changes of the hydrophobic core organization measured by the divergence entropy allows quantitative comparison estimating the relative structural changes upon mutation. The set of antifreeze proteins, which appeared to represent the hydrophobic core structure accordant with “fuzzy oil drop” model was selected for analysis

Catalytic residues in hydrolases: analysis of methods designed for ligand-binding site prediction

The comparison of eight tools applicable to ligand-binding site prediction is presented. The methods examined cover three types of approaches: the geometrical (CASTp, PASS, Pocket-Finder), the physicochemical (Q-SiteFinder, FOD) and the knowledge-based (ConSurf, SuMo, WebFEATURE). The accuracy of predictions was measured in reference to the catalytic residues documented in the Catalytic Site Atlas. The test was performed on a set comprising selected chains of hydrolases. The results were analysed with regard to size, polarity, secondary structure, accessible solvent area of predicted sites as well as parameters commonly used in machine learning (F-measure, MCC). The relative accuracies of predictions are presented in the ROC space, allowing determination of the optimal methods by means of the ROC convex hull. Additionally the minimum expected cost analysis was performed. Both advantages and disadvantages of the eight methods are presented. Characterization of protein chains in respect to the level of difficulty in the active site prediction is introduced. The main reasons for failures are discussed. Overall, the best performance offers SuMo followed by FOD, while Pocket-Finder is the best method among the geometrical approaches

Role of a ligand in protein folding according to the FOD model

Model "Rozmytej Kropli Oliwy" pierwotnie stworzony do symulacji fałdowania się struktury białka został zweryfikowany pod względem przewidywania miejsc funkcyjnych w białkach. Wstępne obserwacje dotyczące nieregularności w rozkładzie różnic hydrofobowości (teoretycznej i obserwowanej) oznaczanych jako Δ˜H stanowiących główne parametry modelu zasugerowały, że największe wartości Δ˜H występują w miejscu wiązania liganda. Tymczasem w symulacji fałdowania optymalizowany jest rozkład wartości Δ˜H tak, aby zminimalizować sumę ich wartości bezwzględnych. Założenia te stały się podstawą do wysunięcia hipotezy, że struktura liganda może mieć istotny wpływ na przebieg symulacji fałdowania się białka. W niniejszej pracy przedmiotem badań są natywne struktury białek oraz wyznaczone dla nich rozkłady różnic hydrofobowości (profile hydrofobowości). Celem badań jest określenie w jakich przypadkach zaobserwowane nieregularności Δ˜H związane są z obecnością liganda, czyli kiedy ligand może mieć istotny wpływ na przebieg fałdowania według modelu FOD. Badania przeprowadzono na kilku zestawach struktur: łańcuchach o długości około 70 reszt aminokwasowych, modelach sekwencji nie zaobserwowanych w naturze (NBPs), białkach ultraszybko fałdujących się oraz enzymach. Na podstawie trzech pierwszych zestawów określono zależność struktura-profil hydrofobowości. Zestaw struktur enzymów poddano analizie pod względem: miejsc katalitycznych, miejsc wiążących ligandy z wyróżnieniem jonów metali, ligandów cząsteczkowych i kofaktorów, oraz obecności kieszeni wiążących. Dla wyróżnionych typów miejsc funkcyjnych określono zależność funkcja-profil hydrofobowości. Badania zależności struktura-profil hydrofobowości ujawniły, że głównym czynnikiem decydującym o częstości i skali zaobserwowanych nieregularności wartości Δ˜H jest kształt białka oraz upakowanie reszt. Im bardziej asferyczna, rozciągnięta struktura tym większe natężenie dużych wartości Δ˜H . Pokazano, że wprowadzone parametry entropii strukturalnej (SE) bazujące na definicjach z teorii informacji oraz wartościach Δ˜H mogą być wykorzystane do opisu kształtu białka lub na wstępnym etapie w analizach porównawczych struktur białkowych. Struktury krótkich łańcuchów (poniżej 100 reszt aminokwasów) nie wykazują tendencji do współwystępowania wysokich wartości Δ˜H i miejsc wiążących ligand. W większości przypadków struktury te stanowią fragment większych układów lub są zbyt małe aby tworzyć miejsce funkcyjne szczególnie w postaci kieszeni wiążącej. Dotyczy to głównie białek ultraszybko fałdujących się. Z kolei struktury charakteryzujące się wysokim stopniem symetrii, z dobrze upakowanymi resztami nie wykazują istotnie dużych wartości Δ˜H . W wymienionych przypadkach obecność liganda nie wydaje się być kluczowa w procesie symulacji. Badania zależności funkcja-profil hydrofobowości przeprowadzone na strukturach łańcuchów enzymów ujawniły, że istotnie często wysokie wartości Δ˜H zlokalizowane są w miejscu związanym z funkcją białka. Najsilniejszy związek zaobserwowano w przypadku reszt bezpośrednio zaangażowanych w katalizę enzymatyczną. W następnej kolejności wyróżniono miejsca wiążące jony metali oraz kofaktory. Głównym przyczynkiem decydującym o sukcesie przewidywania miejsc funkcyjnych w białkach na podstawie modelu FOD jest hydrofobowość teoretyczna, którą modeluje trójwymiarowa funkcja Gaussa. W przypadku reszt katalitycznych jak i wiążących jony metali ważna jest także postać funkcyjna hydrofobowości obserwowanej oraz dobór skali hydrofobowości. Badane struktury enzymów zbudowane głównie z łańcuchów polipeptydowych, których długość przekracza 200 reszt aminokwasów zawierają wyraźne kieszenie, zlokalizowane blisko centrum białka. Kieszenie te są widoczne w modelu FOD w postaci skupisk reszt posiadających wysokie wartości Δ˜H . Uwzględnienie obecności liganda w trakcie symulacji fałdowania się białka w tych przypadkach wydaje się być uzasadnione. Badania kompleksów białko-ligand przy wykorzystaniu stworzonych narzędzi do wyznaczania profili hydrofobowości według modelu FOD umożliwiły stworzenie charakterystyki miejsc funkcyjnych w białkach. Dodatkowo opracowano metodę interpretacji profili hydrofobowości w celu identyfikacji tych miejsc. Informacja dotycząca miejsc funkcyjnych w białkach uzyskana na podstawie przeprowadzonych badań w połączeniu ze stworzoną charakterystyką innych metod służących do ich przewidywania wykorzystujących różne podejścia, stanowi cenny punkt wyjścia do opracowania metody mającej szeroki zakres stosowalności oraz większą skuteczność. Do tego celu stworzono meta-serwis oferujący osiem metod, które mają zastosowanie w przewidywaniu miejsc funkcyjnych w białkach.'Fuzzy Oil Drop' model that was originally created as a protein folding model, was evaluated as a method for protein function prediction. Preliminary observations concerning main parameters of the model, hydrophobicity difference irregulatities (theoretical and observed) denoted as Δ˜H , suggested that high Δ˜H values are located within ligand binding sites. Simultaneously in the late stage protein folding simulations according to FOD model these irregularites are being minimized. As a result the hypothesis was put forward that ligand structure may significantly influence the protein folding simulations. The research is mainly focused on native protein structures and their hydrophobicity irregularities (hydrophobicity profiles). The main goal is to determine cases for which observed hydrophobicity irregularities are related to presence of a ligand, allowing to point significance of ligand during simulations. The research was done on a few sets of protein structures: chains built of about 70 amino acid residues, models of sequences never observed in nature (NBPs), ultrafast folding proteins and enzymes. Three first sets were used to determine structure-hydrophobicity profile relationship. In turn active sites, ligand-binding sites making distinction of metal, molecular ligand and cofactor binding sites, and binding pockets were investigated in enzymes. Function-hydrophobicty profile relationship was determined for the distinguised types of functional sites. With regard to structure-hydrophobicity profile relationship - the main factor that influence the size and scale of hydrophobicity irregularities is structure's shape and residue packing. The highest aspherity, the more frequent are high Δ˜H values. It was shown that introduced parameters termed structural entropy (SE) may be used as shape descriptors or in preliminary protein structure comparison experiments. Short polypeptide chains (less than 100 amino acid residues) do not tend to have high Δ˜H values related to ligand-binding sites. Majority of these structures are part of more complex systems or are too small to form functional site, especially in the form of a binding pocket. It particularly relates to ultafast folding proteins. In turn for higly symmetric structures with well packed residues, high Δ˜H values are not observed. With regard to function-hydrophobicity profile relationship devised for enzyme structures - the high Δ˜H values are commonly related to functional sites. The highest relationship is observed for catalytic residues; then are metal- and cofactor- binding sites. The main factor responsible for high success rate of functional site prediction based on FOD method is theoretical hydrophobicity related to three dimensional Gauss function. Observed hydrophobicty as well as hydrophobicity scale are also important in catalytic and metal binding residues prediction. Enzyme structures that have more than 200 amino acid residues contain definite pockets, located close to centroid. These pockets are distinguishable by clusters of high Δ˜H values. Therefore in these cases presence of a ligand during protein folding simualtions according to FOD model is justifiable. Investigation of protein-ligand complexes by means of tools for hydrophobicity profiles calculations according to FOD model allowed to create chatacteristics of functional sites in proteins. Moreover a method for hydrophobicity profile interpretation was proposed. The characteristics of functional sites as well as gathered results concerning different methods for functional sites prediction are valuble for development of new approaches offering wider applicability and higher performance. Following this concept a meta service that offers eight different methods was created

Effect of selected variables on quality of life of patients with type 2 diabetes mellitus.

StreszczenieWstęp: Cukrzyca jest chorobą, która występuje bardzo często zarówno w Polsce jak i na całym świecie. Każdego roku coraz więcej ludzi dowiaduje się, że cierpi na tą chorobę. Najczęściej występującą postacią jest cukrzyca typu 2 [1]. Na początku w jej przebiegu głównym zaburzeniem jest insulinooporność. W ciągu trwania choroby dominującą przyczyną staje się defekt wydzielania insuliny. Cukrzyca wpływa znacząco na jakość życia pacjentów. Trzeba jednak zaznaczyć, iż dobrze leczona może nie powodować obniżenia poziomu jakości życia w sposób diametralny [2].Cel: Celem pracy była ocena wybranych zmiennych socjo - demograficznych i medycznych wpływających na jakość życia osób z cukrzycą typu 2. Materiały i metody: Badanie przeprowadzono na grupie 100 chorych z cukrzycą typu 2. W badaniu wykorzystano metodę sondażu diagnostycznego z zastosowaniem techniki ankiety. Narzędziem badawczym był kwestionariusz ankiety. W badaniu użyto dwóch wystandaryzowanych narzędzi badawczych: kwestionariusza oceny jakości życia SF-36 v2 oraz kwestionariusza skali HADS. Dane społeczno - demograficzne zebrano na podstawie kwestionariusza ankiety autorskiej.Wyniki: Najlepszą jakość życia ankietowani mieli w zakresie: ograniczenia aktywności wywołane problemami emocjonalnymi, dolegliwości bólowych i funkcjonowania społecznego. Natomiast najsłabszą w kwestii: zmiany stanu zdrowia, ogólnym postrzeganiu zdrowia oraz ograniczenia aktywności z powodu stanu zdrowia. Ankietowani nieco lepiej funkcjonowali w wymiarze psychicznym niż fizycznym. W badaniach wyszła również korelacja pomiędzy występowaniem cukrzycy typu 2, a występowaniem depresji.Wnioski: Wyniki badań własnych pokazują, iż niektóre z wybranych zmiennych wpływają na jakość życia i funkcjonowanie pacjentów z cukrzycą typu 2. Należy edukować osoby chore jak ważny wpływ na jakość życia ma modyfikacja niezdrowego stylu życia. Pierwsze działania powinny obejmować profilaktykę. Prewencję można podzielić na pierwotną – zapobiegającą rozwojowi choroby i wtórną – minimalizującą ryzyko powikłań. U pacjentów z cukrzycą typu 2 ważną rolę odgrywa także wsparcie ze strony najbliższych, które jest ważne w przeciwdziałaniu wystąpienia depresji u chorych.SummaryIntroduction: Diabetes is a disease that occurs very often both in Poland and around the world. Every year more and more people learn that they are suffering from this disease. The most common form is type 2 diabetes [1]. At the beginning of the course of the disease is insulin resistance. Over the course of the illness, insulin secretion becomes the dominant cause. Diabetes significantly affects the quality of life of patients. However, it must be stressed that good treatment may not cause a decrease in the quality of life in a diametric way [2].Objective: The aim of the study was to evaluate selected socio - demographic and medical variables affecting the quality of life of people with type 2 diabetes mellitus.Materials and Methods: The study was conducted on a group of 100 patients with type 2 diabetes mellitus. The study used a diagnostic survey method using the survey technique. The research tool was a questionnaire survey. Two standardized research tools were used in the study: SF-36 v2 quality of life questionnaire and HADS questionnaire. Socio-demographic data was collected on the basis of the questionnaire of the author's questionnaire.Results: The best quality of life surveyed were in terms of: limitation of activity caused by emotional problems, pain and social functioning. The weakest in terms of: changes in health, general perception of health and limitation of activity due to health condition. The respondents were slightly better at mental activity than physical ones. In the study, there was also a correlation between the occurrence of type 2 diabetes and the occurrence of depression.Conclusions: The results of our own studies show that some of the selected variables affect the quality of life and functioning of patients with type 2 diabetes. Educate the sick as to how important life quality is affected by modifying unhealthy lifestyles. The first action should include prevention. Prevention can be divided into primary - preventing disease and secondary development - minimizing the risk of complications. In patients with type 2 diabetes, support from relatives is also important, which is important in counteracting the occurrence of depression in patients

"Fuzzy oil drop" model applied to individual small proteins built of 70 amino acids

International audienceThe proteins composed of short polypeptides (about 70 amino acid residues) representing the following functional groups (according to PDB notation): growth hormones, serine protease inhibitors, antifreeze proteins, chaperones and proteins of unknown function, were selected for structural and functional analysis. Classification based on the distribution of hydrophobicity in terms of deficiency/excess as the measure of structural and functional specificity is presented. The experimentally observed distribution of hydrophobicity in the protein body is compared to the idealized one expressed by a three-dimensional Gauss function. The differences between these two distributions reveal the specificity of structural/functional characteristics of the protein. The residues of hydrophobicity deficiency versus the idealized distribution are assumed to indicate cavities with the potential to bind ligands, while the residues of hydrophobicity excess are interpreted as potentially participating in protein-protein complexation. The distribution of hydrophobicity irregularity seems to be specific for particular structures and functions of proteins. A comparative analysis of such profiles is carried out to identify the potential biological activity of proteins of unknown function