Герб ФББ
  • Главное
  • Семестры
  • Обо мне
  • Официальный сайт ФББ МГУ

    Практикум 7. Трансмембранные белки

    Задание 1. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в бета-листовом белке

    Для выполнения данного задания я выбрала белок Outer membrane protein A. Ниже представлена информация о белке:

    Название белка (русский) Белок внешней мембраны A
    Название белка (английский) Outer membrane protein A (OMPA)
    Идентификатор PDB 1bxw
    Идентификатор UniProt OMPA_ECOLI
    Организм Escherichia coli (strain K12)
    Мембрана Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий
    Функция белка Поддерживает целостность наружной мембраны и положение пептидогликана в периплазме. Участвует в формировании клеточной формы и устойчивости к стрессам. Слабо проницаемый порин: пропускает малые молекулы (например, L-арабинозу) в редкой "открытой" конформации (3% молекул). Образует ионные каналы с двумя состояниями проводимости (50-80 pS и 260-320 pS).

    Выдача blast
    Рис. 1. Структура белка Outer membrane protein A (OMPA) из базы данных OPM, красной линией показана внешняя сторона внешней мембраны, синей – периплазматическая сторона внешней мембраны.

    Координаты трансмембранных участков: 1(7 - 15), 2(35 - 44), 3(51 - 58), 4(76 - 85), 5(93 - 101), 6(120 - 130), 7(137 - 145), 8(160 - 169)

    Для проведения сравнения я взяла fasta последовательность моего трансмембранного белка с UniProt. Ссылка на последовательность

    Выдача blast
    Рис. 2. Результат работы программы DeepTMHMM по последовательности белка OMPA_ECOLI. В верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий. Здесь можно увидеть вероятности нахождения белка в бета-листе, в периплазме, снаружи клетки, или того, что белок участвует в передаче сигнала.

    Файл с результатами предсказания.

    Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-листов:

    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 28 35
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 58 65
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 70 76
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 99 106
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 113 120
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 143 150
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 156 163
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 183 190

    Программа DeepTMHMM предсказала 8 трансмембранных участков. Из этого можно сделать вывод, что количество предсказанных участков совпадает с количеством участков из базы данных OPM. Однако границы слоёв значительно расходятся с OPM-координатами. Все предсказанные β-слои смещены на 15–25 а.к. в сторону C-конца по сравнению с OPM.

    Смещение предсказанных β-слоев относительно экспериментальных данных может быть связано с тем, что DeepTMHMM возможно не учел контекст всей бочковой структуры и взаимодействие между цепями, что может привести к тому, что модель определяет начало и конец β-участков с большим смещением (так как в случае бета-бочкообразных белков, таких как OmpA, формирование трансмембранных β-слоёв сильно зависит от этого), чем это наблюдается в экспериментальных структурах.

    Задание 2. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в альфа-спиральном белке

    Для выполнения этого задания мне был выдан белок Protein TMHC2_E. Информация о белке представлена ниже:

    Название белка (русский) Белок TMHC2_E
    Название белка (английский) Protein TMHC2_E
    Идентификатор PDB 6b87
    Идентификатор UniProt Нет записи
    Организм Нет записи (synthetic construct)
    Мембрана Нет записи
    Функция белка TMHC2_E — искусственный белок без биологических функций, созданный как модель для изучения трансмембранных α-спиралей. Отсутствие природного аналога и экспериментальных данных о его активности исключает какую-либо функциональную роль

    Выдача blast
    Рис. 3. Структура белка TMHC2_E из базы данных OPM, Красной линией показана внешняя сторона внешней мембраны, синей – периплазматическая сторона внешней мембраны

    Координаты трансмембранных участков: 1(12 - 34), 2(70 - 92)

    Для проведения сравнения я взяла fasta последовательность моего трансмембранного белка с RCSB PDB. Ссылка на последовательность

    Выдача blast
    Рис. 4. Результат работы программы DeepTMHMM по последовательности белка TMHC2_E. В верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий. Здесь можно увидеть вероятности нахождения белка в бета-листе, в периплазме, снаружи клетки, или того, что белок участвует в передаче сигнала.

    Файл с результатами предсказания.

    Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-листов:

    • 6B87_1|Chains TMhelix 18 35
    • 6B87_1|Chains TMhelix 75 90

    Проанализировав выдачу, я выявила частичное, но неполное совпадение между экспериментально определенными (OPM) и предсказанными трансмембранными участками. Для TM1 (12-34) предсказание захватывает 17 из 23 аминокислот (74% совпадения), смещая начало спирали на 6 позиций. В случае TM2 (70-92) совпадение составляет 16 из 23 аминокислот (70%), с усечением обоих концов спирали. Но, как и в предыдущий раз, предсказание правильно выявило количество участков.

    Возможно расхождение в результатах связано с тем, что программа DeepTMHMM опирается на статистические закономерности, извлеченные из обучающей выборки белков, и не учитывает конкретные структурные особенности. Предполагаю, что усечение концов объясняется тем, что модель неправильно интерпретировала длину спирального участка. Также возможно, что модель неверно классифицирует граничные аминокислоты, что может привести к смещению границ трансмембранных участков.