Мембранные белки

Исследуемый белок имеет PDB ID: 4DVE. Это транспортер биотина (S-компонент ABC-транспортной системы типа ECF для транспорта биотина Lactococcus lactis).

Биотин - кофермент различных ферментов. Он является кофактором в метаболизме жирных кислот, лейцина и в процессе глюконеогенеза. Многие клетки, например у млекопитающих, не способны самостоятельно синтезировать биотин имеют специальную систему транспорта биотина через клеточную мембрану. Более того, даже те клетки (архей, растений), которые способны его синтезировать используют траснпорт биотина из окружающей среды, так как это энергетически более выгодно. С недостатком биотина у человнка связаны задержка роста, неврологические расстройсва и проблемы с кожей.

Наиболее изучен транспортер биотина бактерий. Он относится к семейству бактериальных связывающих энергию факторов ( energy coupling factor - ECF) транспортеров витаминов. Это семейство, в свою очередь, является частью более широкого семейства ABC-транспортеров, характерной чертой которых является гидролиз АТФ для осуществления транспорта.

1. База данных OPM

OPM - база данных, в которой содержатся предсказания о положении белков относительно мембраны. Кроме этого она содержит сервер (PPM) для создания предсказания для любого исходного белка по PDB-файлу. В таблице 1 представлены данные о трансмембранном белке 4DVE, который состоит из шести α.-спиралей, а также для белка 2R88 (транспортер жирных кислот FadL), транмембранная часть которого состоит из β.-бочки. На рис. 1 представлены изображения данных белков.

Таблица 1. Характеристики мембанного белка 4DVE

Идентификатор 4DVE 2R88
Толщина гидрофобной части мембраны 31.8 ± 1.2 A 24.0 ± 1.4 A
Координаты трансмембранных спиралей 1( 7- 25), 2( 40- 53), 3( 54- 70), 4( 90- 104), 5( 118- 145), 6( 149- 174) 1( 44- 51), 2( 78- 87), 3( 94- 100), 4( 125- 134), 5( 141- 147), 6( 207- 215), 7( 222- 228), 8( 273- 280), 9( 288- 294), 10( 324- 332), 11( 340- 346), 12( 366- 375), 13( 382- 389), 14( 410- 418)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали (или одном β.-тяже) белка 19 7
В какой мембране находится белок плазматический белок грамположительных бактерий белок наружной мембраны грамотрицательных бактерий
Рис. 1. Трансмембранные белки: 4DVE(слева), 2R88(справа). Красным цветом выделена p-сторона мембраны, синим - n-сторона.



2. Анализ предсказания трансмембранных спиралей

Предсказания осуществлялись для A-цепи белка 4DVE с помощью сервисов TMHMM и Phobius. Результаты представлены на рис. 2 и 3, а также в текстовых файлах: TMHMM.txt и phobius.txt. На обоих рисунках по оси X расположены координаты белка, а по оси Y - вероятности того, что участок белка относится к одной из следующих категорий(выделены разными цветами на графике): трансмембранный, внутренняя и наружная стороны.

Рис. 2. Результаты предсказания TMHMM для 4DVE

TMHMM предсказал 5 трансмембранных спиралей с координатами: 1(28-50), 2(63-85), 3(100-117), 4(129-151), 5(161-183).

Рис. 3. Результаты предсказания Phobius для 4DVE

Phobius также предсказал 5 трансмембранных участков со следующими координатами: 1(20-46), 2(66-88), 3(100-117), 4(129-151), 5(163-184).

Таким образом, предсказания обоих программ очень похожи, но не соответствуют реальной структуре: вместо шести трансмембранных спиралей предсказано лишь 5, причем их координаты не совпадают с реальными.




3. База данных TCBD

В базе данных TCBD белок 4DVE имеет идентификатор 3.A.1.25.4, а 2R88 - 1.B.9.1.1. В таблице 2 представлены пояснения к TC-кодам этих белков.

Таблица 2. Расшифровка TC-кодов белков 4DVE и 2R88

4DVE (3.A.1.25.4) 2R88 (1.B.9.1.1)
3. Первичные активные траснпортеры (Primary Active Transporters). Используют первичный источник энергии для транспорта против градиента концентрации. 1. Каналы (Channel-type facilitators). Обеспечивают облегченную диффузию.
3.A. Транспортеры связанные с гидролизом P-P связи (P-P-bond hydrolysis-driven transporters). 1.B. Порины из β-бочек (?-Barrel Porins)
3.A.1. Суперсемейство АТФ-связывающих кассет (The ATP-binding Cassette (ABC) Superfamily) 1.B.9. Семейство транспортеров жирных кислот наружной мембраны (The FadL Outer Membrane Protein (FadL) Family)
3.A.1.25 Семейство транспортеров биотина (The Biotin Uptake Transporter (BioMNY) Family) 1.B.9.1 не указано



4DVE

Субстратом белка является биотин. Биотин (витамин H или витамин B7) является необходимым кофактором карбоксилаз (пируват карбоксилаза, ацетил-коА карбоксилаза) На рис.5 представлен метаболический путь биотина(KEGG).

Рис. 4. Биотин [1] Рис. 5. Метаболический путь биотина [2]

2R88

Это пориновый белок наружной мембраны E.coli. Данный белок участвует с транспорте жирных кислот. Механизм транспорта представлен на рис. 6. Сначала субстрат связывается с участком низкой афинности L (1). Далее он диффундирует в участок с высокой афинностью H(2), что приводит к конформационным изменениям на N-конце (3) , в результате чего открывается канал и становится возможным перенос субстрата внутрь клетки.

Также 2R88 может участвовать в транспорте фенилпропаноидов (ресвератрол, рутин, нарингенин) [3].

Рис. 6. Механизм транспорта жирных кислот [4]


С помощью сервиса AmiGO поиском BLAST по последовательностям белков 4DVE и 2R88 в БД GO были обнаружены соответствующие белки (E-value = 2.8e-82 и 1.2e-237). В табл. 3 представлены термины GO, относящиеся к данному белку.

Таблица 3. Термины GO, отнесенные к белкам 4DVE, 2R88

Белок Аспект Идентификатор GO Название термина Перевод названия термина Код типа достоверности
4DVE Компонент клетки GO:0005886 plasma membrane плазматическая мембрана IDA
2R88 Биологический процесс GO:0015909 long-chain fatty acid transport транспорт длинноцепочечных жирных кислот IDA, IGI
2R88 Биологический процесс GO:0015718 monocarboxylic acid transport транспорт монокарбоновых кислот IDA
2R88 Биологический процесс GO:0055085 transmembrane transport трансмембранный транспорт IDA
2R88 Компонент клетки GO:0009279 cell outer membrane наружная клеточная мембрана IDA
2R88 Молекулярная функция GO:0022834 ligand-gated channel activity лиганд-зависимый транспорт IDA
2R88 Молекулярная функция GO:0015483 long-chain fatty acid transporting porin activity транспорт жирных кислот посредством пориновой активности IDA, IGI

Ссылки

1. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

2. http://www.genome.jp/kegg/pathway.html

3. http://www.tcdb.org/

4. Hearn EM, Patel DR, Lepore BW, Indic M, van den Berg B. Transmembrane passage of hydrophobic compounds through a protein channel wall. Nature. 2009;458(7236):367-370.


© Васильева Елена, 2015