Практикум 11

Гомология и выравнивание. Домены. JalView

1–2. Выбранное семейство доменов

Проверка домена на соответствие условиям

  • Условие 1 (более 20 последовательностей в seed): 30
  • Условие 2 (хотя бы 3 структуры): 13

Формальные данные (Таблица 11-1)

Таблица 11-1. Характеристики выбранного домена
AC pfam ID pfam #SEED #All #SW #architectures #3D
PF00310 GATase_2 30 20k 26 142 13

Таксономия (Таблица 11-1, продолжение)

Taxonomy #eukaryota #archaea #bacteria
Число всех белков с доменом семейства по супер-царствам. 4392 397 15721

Описание функции и 3D-структуры

Главная биологическая задача домена - гидролизовать амидогруппу молекулы глутамина с образованием глутамата. Играет очень важную роль в метаболизме огромного числа организмов, так как необходим для синтеза пуринов (!!!), аминосахаров, аспарагинов, для усвоения аммиака и тп. Структурно: роль главного атакующего нуклеофила выполняет определенный остаток цистеина, находящийся строго на N-конце зрелого домена. Интересно и то, что образующийся аммиак токсичен и летуч, поэтому белки с этим доменом обычно имеют внутренние "изолированные каналы", по которым аммиак напрямую перетекает из каталитического центра к следующему субстрату, не контактируя с клеточной средой.

Таксономическая распространённость

Домен максимально широко представлен у прокариот, поскольку они зависят от базовых путей ассимиляции азота и быстрого синтеза нуклеотидов. О консервативности домена свидетельствует его встречаемость среди эукариотов - у растений, грибов и животных - в составе сложных метаболических комплексов. Домен есть и среди архей, что подчеркивает его древнее эволюционное происхождение.

Доменные архитектуры

Домен нередко функционирует совместно с синтазными доменами в одной полипептидной цепи с ним для синхронной работы.

3. Описание выравнивания белковых доменов (seed)

Таблица 11-3

Таблица 11-3. Характеристики выравнивания seed
Параметр Значение Комментарии / пояснения
Выравнивание seed 30 последовательностей, 459 колонок последовательностей, 459 колонокУказано число последовательностей и число колонок в выравнивании seed, скачанном со страницы семейства в Pfam и открытом в JalView.
Максимальный достоверный блок, включающий ВСЕ последовательности (МДБ-all) 237 - 268 Указаны номера колонок от — до. Длина блока составляет 32 позиции. Блок полностью без гэпов для всех 30 последовательностей.
100% консервативные колонки в МДБ-all 237:H, 239:R, 241:S, 242:T, 243:N, 244:T, 246:P, 248:W, 253:P, 255:R, 259:H, 260:N, 261:G, 262:E, 263:I, 264:N, 265:T, 268:G Указаны консервативные колонки. На всем протяжении этого блока эти позиции абсолютно идентичны (одна и та же аминокислота во всех 30 последовательностях). Граничные позиции блока (237:H и 268:G) строго консервативны.
Максимальный достоверный блок, включающий НЕ ВСЕ последовательности (МДБ-notAll) 268 - 276 Блок построен для подмножества из первых 14 последовательностей (строки 1–14 в Jalview). Длина блока — 9 позиций. Внутри этой группы нет ни одного гэпа, конец и начало консервативны.
100% консервативные колонки в МДБ-notAll 268:G, 269:N, 271:N, 272:W, 273:M, 275:A, 276:R Внутри выбранного подмножества из 14 белков этот короткий блок ультра-консервативен, что четко отделяет эту эволюционную группу от остальных последовательностей ниже по списку.
Участок выравнивания, в котором нет никаких достоверных подблоков 137 - 161 Участок длиной 25 позиций на вкладке Non_evolutionary_zone. Полностью отсутствует гомология. Из-за обилия хаотичных гэпов и пестрого аминокислотного состава очевидно, что выравнивание в этой зоне носит исключительно математический характер и не отражает реальный ход эволюции.

Скриншоты выравниваний

Достоверный блок (все последовательности)

Рис. 1. Максимальный достоверный блок, включающий все последовательности.

Блок (подмножество)

Рис. 2. Блок, включающий фрагменты не из всех последовательностей.

Недостоверный участок

Рис. 3. Участок, на котором нет оснований считать выравнивание эволюционным.

Проект Jalview

Скачать проект Jalview (.jvp)

4. Карта локального сходства (dotplot)

Таблица 11-5

Таблица 11-5. Белки с разной доменной архитектурой
Параметр Информация Комментарии / пояснения
Доменная архитектура 1 PF00310 – PF04898 – PF01645 – PF01493 GATase_2 – Glu_syn_central – Glu_synthase – GXGXG
Белок с архитектурой 1 P23225 Ferredoxin-dependent glutamate synthase (Zea mays), длина 1616
Доменная архитектура 2 PF00310 – PF04898 – PF01645 – PF01493 – PF14691 – PF07992 GATase_2 – Glu_syn_central – Glu_synthase – GXGXG – Fer4_20 – Pyr_redox_2
Белок с архитектурой 2 Q03460 Glutamate synthase [NADH] (Medicago sativa), длина 2194

Карта локального сходства

Dotplot

Рис. 4. Карта локального сходства двух белков с разной доменной архитектурой (P23225 и Q03460).

Комментарии

На карте локального сходства видна чёткая сплошная диагональ в области первых ~1616 аминокислотных остатков, что соответствует общей части двух белков — доменам GATase_2, Glu_syn_central, Glu_synthase и GXGXG, которые у обоих белков идут в одинаковом порядке и являются гомологичными, тогда как в C-концевой области (от ~1616 до 2194 а.к.о.) диагональ отсутствует, потому что белок Q03460 длиннее и содержит два дополнительных домена — Fer4_20 и Pyr_redox_2, которых нет у P23225, что наглядно подтверждает гомологию в общей части и различие доменных архитектур в C-конце, связанное с использованием NADH в качестве донора электронов у Q03460 и ферредоксина у P23225.