Трансмембранные белки

Описание сайта и поиска

Для поиска трансмембранных белков удобно пользоваться сайтом Orientations of proteins in membran (OPM)

Поиск можно производить по следующим параметрам:

Type — 3 опции: Transmembrane, Monotopic/Peripheral, Peptides (пептиды, которые могут встраиваться в мембрану)
Classes — 11 классов типо Bitopic proteins, Alpha/Beta monotopic/peripheral, Beta-barrel transmembrane и др.
Superfamilies — суперсемейства белков
Families — семейства белков
Species — выбор вида
Localisation — локализация белка
Protein — конкретный белок

Также можно выбрать количество субъединиц, толщину/глубину и другие параметры.

Например, трансмембранные белки с бета-бочкой, которые находятся во внешней мембране грам-отрицательных бактерий можно найти, заполнив соответствующие опции:

Type: Transmembrane
Class: Beta-barrel transmembrane
Localization: Bacterial Gram-negative outer membrane

Среди выдачи был белок вот такой интересной топологии Outer membrane protein TolC. По структуре указанной на OPM, большАя часть его бета-бочки торчит из мембраны из внежклеточной стороны мембраны. По функции это порин, то есть он обеспечивает транспорт веществ через мембрану.

Со страницы найденного белка есть ссылки на pdb (на разных сайтах визуализации о структуре), PFAM (страницы семейств и тд) и на Uniprot с подробным описанием белка.

Описание белка

Мне достался белок Ferrous-iron efflux pump fieF, different conformation

pdb id: 2qfi

UniProt id: P69380 FIEF_ECOLI

получена из организма: Escherichia coli (strain K12)

расположение: во внутренней мембране грам-отрицательных бактерий

функция: Переносчик катионов двухвалентных металлов, который экспортирует Zn2+, Cd2+ и, возможно, Fe2+

особенности: содержит два остатка Asp-49 и Asp-157. Первый обеспечивает связывание Zn2+, Cd2+ и Fe2+, второй высокоспецифичный селективный остаток для Zn2+ и Cd2+, но не для Hg2+ и Fe2+

**Рис.1** структура и положение белка FIEF_ECOLI в мембране. Красное - граница с периплазмой, синее - с цитоплазмой.

**Рис.2** Остатки, обеспечивающие связывание иона цинка

Трансмембранные участкиы

Трансмембранные участки на цепи А и B:

A - Tilt: 19 - TM segments: 1(18-28),2(46-58),3(82-97),4(126-136),5(149-158),6(178-198)
B - Tilt: 18 - TM segments: 1(18-28),2(46-59),3(82-97),4(126-136),5(149-158),6(178-198)

Последовательность fasta взяли со страницы в UniProt в графе Sequence -> download. P69380.fasta

Предсказанные программой DeepTMHMM мембранные учаски белка (α-спирали):
файл с выдачей программы

##gff-version 3
# sp_P69380_FIEF_ECOLI Length: 300
# sp_P69380_FIEF_ECOLI Number of predicted TMRs: 6
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 12 34
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 38 60
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 80 102
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 117 139
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 158 175
sp_P69380_FIEF_ECOLI TMhelix 180 199

**Рис. 3** Результат работы программы DeepTMHMM по последовательности белка FIEF_ECOLI.fasta. В верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий. Здесь можно увидеть вероятности нахождения альфа-спирали в периплазме, внутри клетки и во внутренней мембране.

межмембранные участки указанные на OPM — **Рис. 4** межмембранные участки (желтое), указанные на OPM

предсказание структуры программой DeepTMHMM — **Рис. 5** межмембранные участки (желтое), красные участки - в периплазме, синие в цитоплазме.

Программа неплохо справилась с предсказанием межмембранынх участков. Всего их шесть. Но она ошиблась в определении положения начал и концов α-спиралей. Согласно OPM, спирали не целиком находятся в мембране, а DeepTMHMM целиком определял эти места как трансмембранные участки, так ещё и захватывал неструктуриированные участки с периплазматической стороны мембраны, например:

OPM       DeepTMHMM
18-28	   12-34 
46-58      38-60
82-97 	   80 102

При этом спираль шестого участка предсказана с небольшой ошибкой в пару основаниий:

OPM       DeepTMHMM
178-198    158-175

DeepTMHMM описал неструктурированный участок (158-175) как межмебранный, в то время как на OPM он резонно аннотироован как лежащий в периплазме - это участок под номером 5(149-158).
Самой странной ошибкой предсказания DeepTMHMM я считаю указание спирали (140-157) как участок, лежащий в цитоплазме. На рис. 5 это синяя спираль, окружённая правивильно определёнными желтыми.