Особенности мембранных белков

В базе данных Orientations of Proteins in Membranes были выбраны три белка с трансмембранными участками, представленными альфа-спиралями, и три белка с трансмембранными бета-баррелями. Данные о них можно увидеть в таблице:
PDB код Тип Какая мембрана Толщина гидрофобной части мембраны в ангстремах Медиана числа остатков в одном трансмембранном участке
3am6 Спираль Плазматическая мембрана эукариот (Acetabularia acetabulum) 31.2 ± 1.6 A 22
2iqr Спираль Плазматическая мембрана эукариот (Homo sapiens) 33.5 ± 2.0 A 24
1a91 Спираль Внутренняя мембрана Грам-отрицательной бактерии Escherichia coli 36.1 ± 6.7 A 26
1qj8 Бета-баррель Внешняя мембрана Грам-отрицательных бактерий (Escherichia coli) 23.6 ± 2.8 A 8
1p4t Бета-баррель Внешняя мембрана Грам-отрицательных бактерий (Neisseria meningitidis) 24.9 ± 2.4 A 9
3b07 Бета-баррель Плазматическая мембрана эукариот (Mus musculus) 1.4 ± 1.3 A 6,5
Можно заметить, что у трансмембранных бета-баррелей толщина гидрофобной части и число остатков в трансмембранном участке, как правило, меньше. Это может быть связано с тем, что в альфа-спираль "умещается" больше аминокислотных остатков.

Отбор гомологов белка Аквапорина-1 (1J4N).

Для поиска гомологов использовали программу blastp. Поиск проводился по базе данных RefSeq, , e-value = 1, максимальное число хитов = 1000. Были выбраны 15 гомологов из разных организмов: 7 из архей, 3 из грибов, 2 из растений и 2 из насекомых.

Анализ структуры белка Аквапорина-1 (1J4N).

Анализ структуры представлен в таблице 2.

Рис.1 Стуктура белка Аквапорина-1.



PDB ID Организм Тип мембраны TC-код Угол наклона спиралей к нормали Количество трансмембранных спиралей во всей структуре
1J4N Bos taurus Плазматическая мембрана эукариот 1.A.8 0 ± 0° 32

Таблица 2. Описание структуры трансмембранного белка Аквапорина-1 (идентификатор PDB 1J4N, цепь A)



ТС-код 1.A.8: 1 означает что это канал/пора, 1.А - каналы типа альфа, 1.А.8 - основные внутренние белки. Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков.

Было сделано множественное выравнивание белков с помощью программы Muscle. К выравниванию была добавлена аннотация TM_REAL, в которой отмечены трансмембранные альфа-спирали. Эти участки были найдены благодаря привязки к последовательности исходного белка его структуру. Поскольку сервер TMHMM не работал, предсказание трансмембранных белков было проведено на другом сервере www.enzim.hu. Вторичная структура была предсказана для Methanoplanus petrolearius.

Рис.2 Изображение результата предсказания.



В аннотацию была добавлена строка TM_PREDICTED, в которой выделены альфа-спирали, предсказанные этим сервером. Для выравнивания была выбрана цветовая схема "Hydrophobicity", позволяющая визуально различать гидрофобные и гидрофильные остатки (гидрофобные остатки выделены красным цветом, а гидрофильные - синим), причем интенсивность цвета зависит от того, насколько позиция консервативна (порог - 30%). (См.Рис.3)

Рис.3 Изображение выравнивания с отмеченными участками альфа-спиралей.



Так же была получена вторичная структура белка (См.Рис.4), остатки окрашены так же, как в выравнивании.

Рис.4 Изображение вторичная структура белка Аквапорина-1. Гидрофобные остатки выделены красным цветом, а гидрофильные - синим.


На Рис.4 представлен тетрамер белка из восьми спиралей.

Выводы

В белке Аквапорина-1 участки, относящиеся к трансмембранным спиралям, являются консервативными. Чаще всего в спиралях встречаются аланин, лейцин, валин, фенилаланин, в общем остатки гидрофобных аминокислот. Участки между спиралями менее консервативны, нежели в спиралях.
Было найдено 4 спиралей из 5, но те, что предсказаны совпадают с реальными, однако могут быть смещены. Также на Рис.4 видно, что есть две короткие трансмембранные спирали, на самом деле в структуре они образуют одну спираль.

© Андреева Анна, 2012 (Последнее исправление: 19.05.2014)