Kodomo

Пользователь

Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2011

Практикум 8

В этом задании основное время вы будете работать с отобранными мембранными белками, у которых мембранная часть представляет собой одну или несколько альфа-спиралей. Соответствие между студентом и белком приведено в Таблице 1.


Оформление отчета за практикум

Отчет должен быть оформлен в виде HTML-странички на ваших сайтах. Текст, как обычно, должен быть разбит на озаглавленные разделы, соответствующие каждому заданию, и быть связным, картинки подписаны и обозначены.

ДЕДЛАЙН по этому заданию: 9 апреля 2013 года

! Внимание: Поскольку белки, вообще говоря, не знают, что их будут изучать студенты, они не уравнивают специально к заданиям свои параметры, например число трансмембранных спиралей. Поэтому объем формальной работы с выравниванием может быть не одинаков для каждого студента, но выполнение большего объема работы гарантирует премиальные баллы, а от тех, кому достались более простые белки, ожидается больше пояснений и комментариев.

Задание №0

Для трех трансмембранных бета-баррелей и трех трансмембранных альфа-спиральных белков (на ваш выбор) определите параметры, перечисленные в Таблице 2

Используйте базу данных OPM или PDBTM. Толщину гидрофобной части мембраны можно измерить в Jmol (правая кнопка мыши => measure => distance; в PDBTM надо фон сделать черным); следите чтобы отрезок между атомами, выбранными для измерения, был перпендикулярен плоскости мембраны! Можно использовать информацию о толщине гидрофобной части мембраны из БД OPM. Дополнительные данные об этих же белках (включая их коды TC) можно найти в базе данных TCBD.

Обратите внимание: в базе данных OPM положительно заряженная часть мембраны действительно показана КРАСНЫМИ шариками, хотя формально это атомы кислорода и они должны быть заряжены отрицательно. Иными словами, в тексте презентации все правильно.

Задание №1: отбор гомологов

Любыми известными средствами отберите маленькую, но репрезентативную выборку гомологов выданного белка (10-20 штук). За советом можно обратиться к подсказкам или в крайнем случае - к преподавателю по e-mail (udavdasha@fbb.msu.ru).

Опишите на своей страничке, каким образом осуществлялся поиск и по каким критериям были выбраны именно эти гомологи.

! Внимание: Критерий "взять первые 10 хитов BLAST" не подходит сходу, поэтому ни в коем случае не делайте так.

Вручную или другим способом отредактируйте названия последовательностей-гомологов. Они не должны быть очень длинными (~20-30 букв), но обязательно должны содержать название организма и идентификатор белка.

Задание №2: анализ структуры выданного белка

Используйте базу данных OPM для того, чтобы найти в ней выданный белок. Если он там не находится, воспользуйтесь сервисом PPM на том же сайте для расчета. Найдите этот белок в базе данных TCBD, найдите его TC-код.

Опишите выданный белок в отчете, заполнив нижеследующую таблицу 2. Опишите, что означают для вашего белка каждое из полей его TC-кода. Предоставьте также любую другую информацию, которую сочтете нужной.

Таблица 2.

Образец таблицы для задания №2

PDB ID

Организм

Тип мембраны

TC-код

Наклон спиралей (бета-тяжей) к нормали

Количество трансмембранных спиралей (бета-тяжей в бочонке)

Название белка

1

2

3

Задание №3: анализ множественного выравнивания трансмембранных белков

Постройте множественное выравнивание отобранных гомологов с помощью любой программы, которую считаете подходящей (например, Muscle).

Загрузите множественное выравнивание в программу JalView. Мои советы по использованию этой программы можно найти тут, а более подробное описание функций JalView - тут.

Добавьте к выравниванию дополнительную аннотацию (Annotation) положения трансмембранных спиралей. Для этого:

  1. Добавьте новую пустую строку аннотации и назовите ее "TM_REAL" (см. в подсказках, как это сделать).

  2. Переместите белок, для которого есть структура (то есть исходный белок) в верхнюю строку выравнивания. Прикрепите к нему эту структуру (см. в подсказках, как это сделать). Используя появившуюся связь между последовательностью и структурой, пометьте участки выравнивания, отвечающие трансмембранным спиралям в белке со структурой в строке-аннотации буквой "М".

Добавьте к выравниванию предсказание трансмембранных спиралей, выдаваемых программой TMHMM, для любого другого гомолога. Возьмите последовательность гомолога и получите для него результат предсказания TMHMM. Создайте новую строку аннотации и назовите ее "TM_PREDICTED", после чего нанесите вручную участки, предсказанные TMHMM, в эту строку.

Выберите цветовую схему (в меню Colour), которая позволит визуально различать гидрофобные и гидрофильные остатки. Если стандартные схемы не устраивают - в подсказках есть инструкция как задать свою схему. Затем в том же меню Colour установите галочку на "By Conservation" (теперь интенсивность цвета будет зависеть от того, насколько позиция консервативна). Убедитесь, что цвета на структуре белка отвечают выбранной цветовой схеме. Покрутите белок так, чтобы его часть, ориентированная в n-сторону мембраны оказалась сверху, а ориентированная в p-сторону - снизу.

Сохраните полученное изображение структуры белка, в подписи к рисунку ОБЯЗАТЕЛЬНО укажите, как цветовая схема окрашивает какие остатки, а также какой порог консервативности был выбран в режиме "By Conservation". Опишите полученное изображение в отчете. Можно сделать это отвечая на следующие вопросы:

  1. Консервативны ли в вашем белке участки, относящиеся к трансмембранным спиралям, и какие аминокислотные остатки встречаются чаще в спиралях?
  2. Консервативны ли участки между спиралями (или, если спираль только одна - цитоплазматический участок)?
  3. Есть ли в трансмембранных спиралях вашего белка консервативные заряженные или просто полярные остатки? Если да, то как бы вы объяснили их присутствие?

На качественном уровне опишите, насколько совпадают нанесения результатов программы TMHMM и реальной структурной информации на выравнивания. С чем, по-вашему, это связано в данном случае? Есть ли спирали, полностью "не замеченные" TMHMM или, наоборот, лишние предсказания?

Дополнительные задания (не обязательны для зачета)

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

5. Проверьте правило "positive inside" для трансмембранных белков

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

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