Изначально мне хотелось написать про ферменты, которые я активно изучала в рамках моей работы в лаборатории - Гиалуронан-синтазы. Это семейство трансмембранных белков осуществляет синтез гиалуроновой кислоты из мономеров (N-ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты) внутри клетки и выбрасывает образовавшийся полимер во внеклеточное пространство. Однако у ферментов данного семейства нет структур в базах данных, а в статьях не отмечено расположение белка в мембране. Я решила, что должны быть и другие трансмембранные белки с похожей функцией. Как пример, я нашла фермент Целлюлозо-синтазу, который имеет много общего с Гиалуронан-синтазами. Они имеют схожие домены, катализирующие перенос остатка сахара на растущую цепь, а также схожий механизм синтеза полимера. [1]
Целлюлозо-синтаза состоит из двух субъединиц. Одна субъединица, каталитическая, несёт глюкуронозилтрансферазный домен. Он отвечает за присоединение UPD-глюкозы к акцептору, тем самым обеспечивая удлинение цепи полимера. Другая субъединица является di-GMP-связывающим белком. Связывание с бис-(3'-5') гуанидиловой кислотой активирует работу Целлюлозо-синтазы.
К производству целлюлозы способны несколько типов бактерий (Acetobacter, Sarcina ventriculi, Agrobacterium и др). Они используют её в качестве защитной оболочки. Бактериальная целлюлоза отличается высокой чистотой, в отличие от клеточной стенки растений, которая помимо целлюлозы содержит посторонние компоненты (лигнин, гемицеллюлоза). Целлюлоза бактериального происхождения способна задерживать больше жидкости, более прочна на разрыв при своей сверхтонкой структуре. Материал и правда очень перспективный, однако пока его производство неэффективно. [2]
Трансмембранные участки были предсказаны с помощью TMHMM. Так как белок состоит из двух субъединиц, то результаты приведены для каждой из них (Рисунки 1-2). Последовательности белков были взяты из базы данных Uniprot.
Для каталитической субъединицы с высокой вероятностью было предсказано 8 трансмембранных участков, представленных альфа-спиралями. Предсказано 4 участка, расположенных вне клетки, и 5 внутриклеточных участка. Для второй субъединицы показан один трансмембранный участок.
Структуру Целлюлозо-синтазы бактерии Rhodobacter sphaeroides можно найти в базе данных OPM. Изображение представлено на Рисунке 3. Две субъединицы отмечены разным цветом на рисунке. Можно заметить, что одна из субъединиц (зелёного цвета) занимает преимущественно внутриклеточное положение и часто пересекает мембрану - это каталитическая субъединица белка (формирует связь между UDP-глюкозой). Другая субъединица (голубой цвет) расположена в основном вне клетки и имеет одну альфа спираль, пронизывающую мембрану. Это вторая субъединица, связывающая di-GMP - активатор работы фермента. На рисунке можно также увидеть шаро-стержневую модель целлюлозы.
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11430986