Практикум 7. Трансмембранные белки.

Трансмембранный белок с β-листом (β-баррельный белок)

В рамках данного практикума было необходимо познакомиться с OPM (Orientations of Proteins in Membranes) - базой данных, предоставляющей пространственную ориентацию мембранных белков в липидном бислое.

Система классификации белков в OPM построена по иерархическому типу, включая следующие ступени: "Type" (тип), "Class" (класс), "Superfamily" (надсемейство) и "Family" (семейство). Все мембранные белки по способу взаимодействия с липидным бислоем делятся на три основных типа: трансмембранные, монотопические/периферические (постоянно связаны с только одним слоем липидов мембраны/временно связанные с мембраной) и мембрано-активные пептиды (короткие молекулы, которые приобретают трехмерную структуру при контакте с мембраной). Класс определяется общей архитектурой трансмембранного домена (α-спираль или β-лист), надсемейство объединяет белки с общим эволюционным происхождением, а семейство - более узкую группу со сходной последовательностью и функцией.

OPM ссылается на следующие базы данных: PDB, PDB Sum, MSD (Macromolecular Structure Database), MMDB (Molecular Modeling Database), EncoMPASS (Encyclopedia of Membrane Proteins Analyzed by Structure and Symmetry), Uniprot, TCDB (Transporter Classification Database), Pfam / InterPro, а также NCBI.

Информация о выбранном белке:

  • Белок: Attachment invasion locus protein
  • PDB ID: 3qra
  • UniProt: Q8D0Z7_YERPE
  • Type: Transmembrane
  • Class: Beta-barrel transmembrane
  • Superfamily: OmpA-OmpF porin family
  • Family: Enterobacterial Ail/Lom protein
  • Организм: Yersinia pestis
  • Локализация: наружная мембрана грамм-отрицательной бактерии

Трансмембранный α-спиральный белок.

В рамках данного задания было необходимо сравнить результаты предсказаний трансмембранных участков по последовательности (с помощью DeepTMHMM) и по трехмерной структуре (база данных OPM) в α-спиральном белке.

Информация о выбранном белке:

  • Белок: Глицеринпроводящий канальный белок (Glycerol uptake facilitator, GlpF)
  • PDB ID: 1ldf
  • UniProt: GLPF_ECOLI
  • Type: Transmembrane
  • Class: Alpha-helical polytopic
  • Superfamily: Major Intrinsic Protein (MIP)/FNT superfamily
  • Family: Major intrinsic protein (MIP) family
  • Класс: Alpha-helical polytopic
  • Организм: Escherichia coli
  • Локализация: внутренняя мембрана грамм-отрицательной бактерии
  • Функция: Транспорт глицерина через цитоплазматическую мембрану, имеет ограниченную проницаемость для воды и малых незаряженных молекул.
Таблица 1. Координаты трансмембанных α-спиралей, приведенные в OPM (для цепи A).
№ спирали Координаты (OPM)
1 11–32
2 41–59
3 86–107
4 145–166
5 179–195
6 233–251

Для запуска DeepTMHMM была скачана последовательность данного белка из Uniprot.

Результаты выдачи DeepTMHMM представлены здесь.

Таблица 2. Координаты трансмембанных α-спиралей после запуска DeepTMHMM.
№ спирали Координаты (DeepTMHMM)
1 15–32
2 46–62
3 90–107
4 146–166
5 177–197
6 230–250

На рисунке 1 в верхней части представлена наиболее вероятная топология, по оси х указаны координаты последовательности, а по оси у - локализация (синяя линия - внеклеточная локализация, розовая - внутриклеточная, красные столбцы - трансмембранная). В нижней части представлена вероятность расположения (внеклеточного, трансмембранного и внутриклеточного) каждой позиции последовательности белка.

Предсказание трансмембранных участков исследуемого белка с помощью DeepTMHMM
Рисунок 1. Предсказание трансмембранных участков исследуемого белка с помощью DeepTMHMM.

Сравнивая координаты в таблице 1 и в таблице 2, можем сделать вывод, что DeepTMHMM и OPM идентифицировали одинаковое количество трансмембранных спиралей (6). Расхождения в границах составляют 1-5 аминокислот, что объясняется различиями в методах (предсказание по последовательности и по трехмерной структуре). Несмотря на небольшие отклонения, координаты всех 6 трансмембранных α-спиралей предсказанны DeepTMHMM корректно и совпадают с данными OPM.