Трансмембранные белки

Знакомство с базой данных OPM

В базе данных OPM был выбран представитель суперсемейства Sugar porins, а именно трансмембранный β-листовой белок Maltoporin бактерии Salmonella enterica. Подробную информацию о нем можно найти ниже в таблице.

Table 1. Трансмембранный β-листовой белок Maltoporin
Тип Трансмембранный белок
Класс Трансмембранный бета-бочонок
Суперсемейство Sugar porins
Семейство Malptoporin-like proteins
Организм, обладающий данным белком Salmonella enterica
Локализация Наружная мембрана грам-отрицательных бактерий
Толщина гидрофобной части белка в мембране 24.5 Å
Угол наклона
Топология субъединица A
Число трансмембранных структур 54
Среднее количество остатков в одном β-тяже белка 9
Число субъединиц 3 (A, B и C)
Uniprot LAMB_SALTY
PDB 2MPR

Координаты трансмембранных сегментов

A - Tilt: 3 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(99-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(212-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426)

B - Tilt: 3 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(98-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(212-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426)

C - Tilt: 2 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(98-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(213-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426)

Picture 1. Визуализация выбранного трансмембранного β-листового белка. Периплазма обозначена синими шариками, p-сторона (внешняя) - красными. А: p-сторона мембраны направлена вверх. В: p-сторона мембраны направлена вниз. С: белок без билипидного слоя для наглядности.

DeepTMHMM: Предсказание трансмембранных элементов по последовательности белка

На сервисе DeepTMHMM для выданного α-спирального белка и для выбранного β-листового белка были предсказаны трансмембранные участки. Результат можно найти ниже в файлах и на рисунке 2.

результат для α-спирального белка

результат для β-листового белка

Picture 2. Предсказания трансмембранных участков β-листового (А) и α-спирального (В) белков

Пояснения к графикам

По оси Х: координаты аминокислотных остатков

По оси У: вероятность того, что данный остаток принадлежит к определённой топологии.

Разными цветами показано расположение участков:

красный - в мембране

розовый - внутри клетки (со стороны цитоплазмы)

голубой - вне клетки

зелёный - в периплазме

оранжевый - сигнал для периплазматической локализации

Обсуждение полученных результатов

Для β-листового белка было предсказано 18 трансмембранных участков,а для выданного α-спирального белка - 10 трансмембранных участков.

PPM: Предсказание положения выданного белка в мембране

Целью данного блока стало предсказание топологии для выданного альфа-спирального белка Uncharacterized transporter YdfC с помощью сервиса PPM 3.0 на сайте OPM.

Параметры

Количество мембран - 1

Тип мембраны - внутренняя мембрана грам-положительной бактерии ( Bacillus subtilis - организм, обладающий исследуемым белком - грам-положительная бактерия)

Топология (N-конец) - внутри (опираемся на данные DeepTMHMM - файлы с результатом).

Allow curvature - нет

Загружаем PDB файл и не учитываем гетероатомы

Результат работы программы представлен в таблице 2 ниже.

Table 2. Предсказание топологии для выданного альфа-спирального белка Uncharacterized transporter YdfC
Тип Трансмембранный белок
Класс альфа-спиральный
Название Неописанный транспортер YdfC
Организм, обладающий данным белком Bacillus subtilis (strain 168)
Локализация Мембрана грам-положительной бактерии
Толщина гидрофобной части белка в мембране 32.1 ± 1.2 Å
Угол наклона 6 ± 2°
ΔGtransfer -85.5 kcal/mol
Число трансмембранных структур 10
Среднее количество остатков в одном а-спирали белка 20
PDB Результат

Координаты трансмембранных сегментов

A 1( 6- 30), 2( 35- 57), 3( 66- 93), 4( 94- 112), 5( 122- 145), 6( 147- 169), 7( 178- 196), 8( 210- 234), 9( 239- 260),10( 267- 284)

Picture 3. 3D визуализация исследуемого белка в мембране

Сравнение алгоритмов предсказания трансмембранных спиралей

Сопоставив данные, полученные в результате работы альтернативных программ, можно отметить следующее:

1. Было найдено равное количество трансмембранных участков

2. Среднее количество остатков в одной a-спирали белка едино

4. Координаты трансмембранных сегментов отличаются не очень сильно

DeepTMHMM

A 1( 8- 25), 2( 38- 56), 3( 70- 88), 4( 96- 111), 5( 125- 141), 6( 152- 168), 7( 181- 197), 8( 213- 233), 9( 242- 261),10( 267- 285)

PPM

A 1( 6- 30), 2( 35- 57), 3( 66- 93), 4( 94- 112), 5( 122- 145), 6( 147- 169), 7( 178- 196), 8( 210- 234), 9( 239- 260),10( 267- 284)

Если обратиться к модели AlphaFold исследуемого белка (рис 4), несложно заметить, что практически весь белок за исключением его концевой части (местами не имеющей вторичной структуры) предсказан с крайне высокой степенью достоверности. Поэтому это не должно было повлиять на работу программы PPM.

Picture 4. 3D визуализация (AlphaFold) исследуемого белка с выделенными по уровню доверия аминокислотными остатками.

Таким образом, предказания полученные программами можно считать достаточно качественным.

База данных TCDB

Поиск выбранного белка осуществлялся на сайте TCDB по АС P26466. К сожалению, ничего найдено не было. Видимо, запись о данном белке еще не создали.

output: Sorry! p26466 is not included in TCDB

А неописанный транспортер YdfC в базе данных нашелся

Результат

Найденный код: 2.A.7.3.32

2 - электрохимический потенциалзависимый транспортер

А - транспортный белок, образующий пору

7 - Суперсемейство транспортеров лекарств и метаболитов