Трансмембранные белки

Мне был выделен Y4XM_SINFN, транспортер из суперсемейства MFS (Major facilitator superfamily) — мембранных транспортных белков, которые облегчают перемещение небольших растворенных веществ через клеточные мембраны в ответ на хемиосмотические градиенты. Dыделен из азотфиксирующей бактерии Sinorhizobium fredii.

1. Знакомство с базой данных OPM

В качестве белка в трансмембранной части которых есть β-листы выбрал OmpF porin (OMPF_ECOLI, 6ZHV). Это порин E.coli, располагается во внешней мембране, представитель суперсемейства тримерных поринов.

Информация о структуре трансмембранных участков выбранного белка, взятая из базы данных OPM:

Характеристика Значение
Толщина гидрофобной части белка в мембране 23.8 Å
Координаты трансмембранных участков
 A - Tilt: 1 - TM segments: 1( 33- 45), 2( 59- 70), 3( 79- 86), 4( 101- 111), 5( 118- 123), 6( 158- 164), 7( 172- 181), 8( 195- 204), 9( 207- 214),10( 236- 243),11( 248- 254),12( 279- 285),13( 292- 298),14( 316- 324),15( 331- 337),16( 354- 360)
B - Tilt: 2 - TM segments: 1( 33- 45), 2( 59- 71), 3( 79- 86), 4( 101- 111), 5( 118- 123), 6( 158- 164), 7( 172- 181), 8( 195- 204), 9( 207- 214),10( 236- 243),11( 248- 254),12( 279- 285),13( 292- 298),14( 316- 324),15( 331- 337),16( 354- 360)
C - Tilt: 1 - TM segments: 1( 33- 45), 2( 59- 70), 3( 79- 86), 4( 101- 111), 5( 118- 123), 6( 158- 164), 7( 172- 181), 8( 195- 204), 9( 207- 214),10( 235- 243),11( 248- 254),12( 279- 285),13( 292- 298),14( 316- 324),15( 331- 337),16( 354- 360)
Среднее число остатков в β‑листе
 9
Тип мембраны Внешняя мембрана грам-отрицательной бактерии
OMPF_ECOLI
Pic.1. Структура белка OMPF_ECOLI. Красным отмечена наружная поверхность мембраны, синим - внутренняя.

2. DeepTMHMM: Предсказание трансмембранных элементов по последовательности белка

Использовал сервер DeepTMHMM для предсказания трансмембранных участков в исследуемых белках Y4XM_SINFN (альфа-спиральный) и OMPF_ECOLI (бета-листовой). Результаты работы DeepTMHMM в текстовом виде.

Y4XM_SINFN
Pic.2. Предсказанная топология α-спирального белка. По оси x обозначены номера остатков последовательности. По оси y обозначена вероятность принадлежности остатка к категории, показанной цветом (расшифровка приведена в легенде).
OMPF_ECOLI
Pic.3. Предсказанная топология β-листового белка. По оси x обозначены номера остатков последовательности. По оси y обозначена вероятность принадлежности остатка к категории, показанной цветом (расшифровка приведена в легенде).

3. PPM: Предсказание положения выданного белка в мембране

Положение белка Y4XM_SINFN было предсказано с помощью сервера PPM 3.0 со следующими параметрами: одна внешняя мембрана грам-отрицательной бактерии, оставил запрет на изгибы, N-конец находится внутри у обоих белков (судя по Pic.2.), "включить гетероатомы, исключая воду и детергенты, для позиционирования в мембране" – нет.

Характеристика Значение
Толщина гидрофобной части белка в мембране 26.7 ± 1.0 Å
Координаты трансмембранных участков
 A 1( 17- 37), 2( 51- 69), 3( 84- 101), 4( 106- 122), 5( 145- 163), 6( 169- 190), 7( 220- 241), 8( 253- 273), 9( 287- 305),10( 309- 328),11( 350- 369),12( 376- 397)
Среднее число остатков в α-спирали
 19
Тип мембраны Внешняя мембрана грам-отрицательной бактерии
Y4XM_SINFN
Pic.4. Структура белка Y4XM_SINFN построенная при помощи сервера PPM. Синим отмечена наружная поверхность мембраны, красным - внутренняя.

4. Сравнение алгоритмов предсказания трансмембранных участков

Y4XM_SINFN: предсказания проводились с помощью DeepTMHMM и PPM, оба предсказали 12 трансмембранных участков

OMPF_ECOLI: есть данные с OPM и предсказание DeepTMHMM, они согласуются в том, что белок имеет 16 трансмембранных участков, координаты этих участков +- похожи.

Как можно видеть по структуре ниже все предсказано достаточно точно, Very low участки тоже похожи

Y4XM_SINFN
Pic.5. Структура белка Y4XM_SINFN с сайта UniProt

Если только как-то косвенно (если начать думать о том, что достоверность модели в UniProt тоже определяется не экспериментальным путем, а как-то теоретически, и что в алгоритмах есть какие-то общие черты и тому подобное). Но сами по себе pdb файлы, которые подавались на вход серверам этой информации в себе не содержали.