Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2010

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2017
• 2016

• ...

Методами биоинформатики можно

• Предсказать мембранные и трансмембранные белки в протеоме - последовательности всех белков организма
• Классифицировать находки по известным категориям
• Для данной последовательности белка
  • Найти трансмембранные (мембранные) сегменты - спирали или тяжи барреля
  • Определить внутриклеточные и внеклеточные петли или домены
  • Построить модель если есть гомологи с известной структурой
  • Предсказать функцию и т.п.

Все ответы, конечно, являются предсказаниями и имеют разную степень надежности - от почти несомненной до сомнительной. Тем не менее, без этих методов невозможно ответить на многие вопросы. Например,

• Какова связь состава ТМ белков протеома со способностями организма или условиями существования? По числу разных трансмембранных белков - обонятельных рецепторов можно судить об обонянии организма.
• Не обнаружен фермент, необходимый для изучаемого метаболического пути; возможно нужный продукт транспортируется из вне? Значит, надо искать потенциальный транспортер продукта.
• И сотни других проблем...

TM - трансмембранный

ТМ единица - ТМ белок или комплекс ТМ белков, складывающийся в законченную структуру, способную выполнять функцию. Бывают альфа-спиральные ТМ единицы, складывающиеся из нескольких цепей, каждая - несколько спиралей; такие же примеры есть для ТМ бета-баррелей.

Задания по практикуму 9

Результаты должны быть представлены на сайте. Срок - до дня следующего занятия (вкд.)

Дополнительные задания не обязательны для зачёта, но их выполнение увеличивает рейтинг.

В БДх для он-лайн визуализации используется Java-апплет Jmol. Для управления изображением на фоне окна Jmol щелкните правой кнопкой мыши => Console и в появившейся командной строке можно выполнять любые команды Rasmol.

В БД OPM границы мембраны изображаются фиктивными атомами. Им приписано имя остатка - DUM, имя атома - O или N для внешней и внутренней границы, соответственно.

Для работы с выравниваниями рекомендуется использовать JalView (пока можно и GenDoc). На следующих занятиях JalView станет обязательным.

1. Опишите структуры 3х альфа-спиральных ТМ белков и 3х ТМ бета-баррелей

• Используйте сервисы PDBTM (выбор примеров; состав ТМ единиц) , OPM (толщина мембраны; tilt - угол отклонения направления ТМ участков от нормали к мембране) и TCDB (код и функция)

• Посмотрите многие структуры и выбирайте наиболее различающиеся - так интереснее

• Результат представьте в виде

  • таблицы и

  • комментария

    • о толщине мембраны, точнее - липидного бислоя; насколько различаются толщины разных мембран (кроме своей таблицы, можно использовать информацию OPM => Lipid Composition Atlas)

    • о длине (в числе остатков) трансмембранных участков, альфа-спиралей и бета-тяжей из ТМ баррелей; эти данные помогут вам в будущем обнаруживать очевидные ошибки в предсказаниях ТМ участков и, боюсь, в некоторых статьях

2. Аннотируйте трансмембранные участки данного белка

• Список белков здесь

• Методы предскзания:
  • По аннотациям записи Uniprot.

  • С помощью программы предсказания трансмембранных спиралей по последовательности (сервис TMHMM)

  • Сравнение с гомологом с известной пространственной структурой
• В отчете должны быть
  • Результат TMHMM
  • файл с выравниванием, в котором размечены трансмембранные участки и внеклеточные и внутриклеточные фрагменты по всем методам
  • ваши комментарии

Дополнительные задания (не обязательны для зачета)

3. Увеличим клетку до размеров дыни. С чем можно сравнить толщину мембраны?

4. Проверьте правило "positive inside" для трансмембранных белков

• Попробуйте сформулировать правило точнее, так, чтобы можно было предсказывать локализацию петель между трансмембранными сегментами по последовательности. Еще лучше - напишите программу! Входные данные - последовательность и список ТМ-сегментов (от-до). Результат - список из "I" (inner) и "O" (outer) для соответствующих петель между ТМ участками.
• Советую составлять и проверять правило на ТМ белке (-ах) с известной 3D структурой

5. Трансмембранный бета-баррель у грам-положительных бактерий: как это может быть?

• Расследуйте один пример.

6. Альфа-спиральный белок во внешней мембране грам-отрицательных бактерий: такое бывает?

• Расследуйте один пример.

7. Охарактеризуйте какой-либо транспортер с известной структурой

• Мне интересны будут:
  • Калиевый канал
  • VDAC
  • Порин из грам-положительной бактерии
  • Альфа-спиральный ТМ белок внешней мембраны грам-отрицательной бактерии

8. Проверьте работу сервисов, предсказывающих ТМ бета-баррель по последовательности

• Найдите сервис
• Выберите ТМ бета-баррель с известной 3D структурой
• Найдите гомолога (без известной структуры)
• Подайте гомолога на вход сервису.
• Сравните предсказание со структурой, используя выравнивание гомолога с ТМ бета-баррелем с известной структурой

9. Проверьте, что остатки бета-барреля, обращенные в мембрану, гидрофобны

• Бета-листы устроены так, что поперечные ряды боковых цепей смотрят поочередно то на одну сторону листа (внутрь - для бета-баррелей), то на другую

• Выберите ТМ бета-баррель с известной структурой и проверьте данное утверждение (для этого надо узнать какие остатки смотрят наружу - используйте сервис SheeP)

• Если все-таки обнаружены полярные боковые цепи, обращенные в липидный бислой, то чем это можно объяснить?