Мембранные белки
Был проведён поиск трансмембранных белков в базе ORM, см. примеры в табл. 1.
Таблица 1. Описание трансмембранных белков с известной 3D структурой
| |
|
|
|
|
|
| 4a01 | спираль | Vigna radiata | Мембрана вакуоли | 32.0 ± 0.8 Å | 24 |
| 2mgy | спираль | Mus musculus | Внешняя мембрана митохондрии | 28.6 ± 1.6 Å | 20 |
| 1e12 | спираль | Halobacterium salinarum | Клеточная мембрана (археи) | 31.8 ± 1.4 Å | 22 |
| 3gp6 | баррель | Escherichia coli | Внешняя клеточная мебрана (грамотрицательные бактерии) | 24.7 ± 1.5 Å | 9.5 |
| 1uun | баррель (образуется 8 субъединицами) | Mycobacterium smegmatis | Клеточная мембрана (грамположительные бактерии) | 40.7 ± 2.1 Å | 9.5 |
| 2jk4 | баррель | Homo sapiens | Внешняя мембрана митохондрии | 23.4 ± 2.3 Å | 8 |
Калиевый транспортёр TrkH из Vibrio parahaemolyticus
Отбор гомологов:
Были выбраны последовательности из эубактерий (кроме филума Proteobacteria) с помощью BLAST, порог 0.1, 500 последовательностей в выдаче, и из архей (те же параметры BLAST). Последовательности: файлИнформация о белке из базы ORM:
PDB ID |
Организм |
Тип мембраны |
TC-код |
Угол наклона спиралей к нормали |
Количество трансмембранных спиралей |
3PJZ |
Vibrio parahaemolyticus |
Внутренняя клеточная (грамотрицательные бактерии) |
1.1.12.03. |
1° |
20 (по 10 в каждой субъединице) |
Рис. 1. Структура трансмембранного белка - калиевого транспортёра TrkH
n-сторона мембраны (внутренняя) обозначена синими шариками, p-сторона (внешняя) - красными
Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков
С помощью MUSCLE было построено множественное выравнивание выбранных белков. Выравнивание, размеченное в программе Jalview представлено на рис. 2 (цветовая схема
Hydrophobicity, наиболее гидрофобные остатки показаны красным, наиболее гидрофильные - синим; по консервативности с порогом в 30%).
В трансмембранных спиралях обильно представлены гидрофобные аминокислотные остатки и они нередко консервативны, однако, не всегда, так, последовательности
первых двух спиралей низкоконсервативны, эти элементы вторичной структуры вообще отсутствуют у белка из Cyclobacterium qasimii. Видно, что эти две спирали
располагаются с краю, т.е. меньше всего взаимодействуют с другими частями белка, и больше - с хвостами липидов вокруг; их роль может заключаться
в повышении растворимости в мембране и они могут быть относительно недавним эволюционным приобретением.
Немало также полярных аминокислотных остатков (фиолетовый на выравнивании), они в основном обращены внутрь белка или находятся в месте контакта субъединиц (возможно, участвуют в димеризации). Однако куда больше таких остатков в петлях, в том числе тех, что находятся в пределах
гидрофобной части мембраны.
Консервативные заряженные остатки в трансмембранных спиралях обращены внутрь белка и, вероятно, участвуют в образовании ионного канала.
Петли, находящиеся вне мембраны, в целом, не консервативнее спиралей.
Трехмерная структура белка представлена на рисунке 3.
Рис. 2. Множественное выравнивание гомологов калиевого транспортёра TrkH из эубактерий и архей
В строке аннотации "TM_REAL" трансмембранные спирали белка из Vibrio parahaemolyticus отмечены буквой М, спирали этого же белка, смотрящие в мембрану, но не пересекающие её целиком и не аннотированны в базе ORM -
буквой I. В строке "TM_PREDICTED" предсказанные программой TMHMM трансмембранные спирали белка WP_005554749 отмечены буквой М.
Рис. 3. Трёхмерная структура калиевого транспортёра TrkH (3PJZ)
Аминокислотные остатки покрашены в соответствии с консервативностью в
выравнивании (рис. 2), n-сторона мембраны обозначена синими шариками, p-сторона - красными. На рисунках 3.A - 3.D белок показан с разных сторон (на каждом следующем белок повёрнут на 90˚), на рисунке 3.D показана та сторона субъединицы А, которая контактирует со второй субъединицей.
Предсказание трансмембранных спиралей программой TMHMM
В качестве гомолога, для которого производилось предсказание, был выбран белок с идентификатором WP_005554749 из археи Natronococcus amylolyticus.
Предсказание TMHMM: # WP_005554749_Natronococcus Length: 509 # WP_005554749_Natronococcus Number of predicted TMHs: 10 # WP_005554749_Natronococcus Exp number of AAs in TMHs: 221.63749 # WP_005554749_Natronococcus Exp number, first 60 AAs: 41.8825 # WP_005554749_Natronococcus Total prob of N-in: 0.98067 # WP_005554749_Natronococcus POSSIBLE N-term signal sequence WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 1 11 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 12 34 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 outside 35 38 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 39 61 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 62 73 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 74 96 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 outside 97 145 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 146 168 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 169 195 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 196 218 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 outside 219 255 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 256 278 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 279 290 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 291 310 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 outside 311 352 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 353 375 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 376 414 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 415 437 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 outside 438 484 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 TMhelix 485 507 WP_005554749_Natronococcus TMHMM2.0 inside 508 509
Как видно из рисунка 2, все трансмембранные спирали были предсказаны, однако, преимущественно со сдвигом. Наиболее точно предсказана спираль 9. Лишние остатки, предсказанные программой, нередко находятся в мембране, но не образуют спирали, так, в случае спирали 8 такие остатки консервативны и образуют петлю в мембране. Кроме того, программой также была предсказана короткая альфа-спираль, не идущая насквозь всей мембраны (последняя спираль, отмеченная буквами I на выравнивании, см рис.2). Она видна в качестве невысокой колонки на графике (рис. 5)
Рис. 5. Предсказанные трансмембранные спирали для гомолога TrkH из Natronococcus amylolyticus