Использование базы данных Uniprot

На данной странице представлен практикум по работе с базами данных белковых последовательностей, а именно, с базой Uniprot. При выполнении практикума была проанализирована последовательность субъединицы C цитохрома фотосинтетического реакционного центра пурпурной бактерии Blastochloris viridis.

Информация о B. viridis:

Superkingdom: Bacteria
Phylum: Proteobacteria
Class: Alphaproteobacteria
Order: Hyphomicrobiales
Family: Hyphomicrobiaceae
Genus: Blastochloris
Species: B. viridis
Homotypic synonym: Rhodopseudomonas viridis

Blastochloris viridis – вид несерных пурпурных бактерий. Как и все представители класса альфапротеобактерий B. viridis является грамотрицательной фотогетеротрофной бактерией. Впервые выделена была немецкими микробиологами в 1966г. из образцов пресной воды[1] и названа Rhodopseudomonas viridis. Данная бактерия примечательна простотой устройства фотосинтетической системы, что позволило ей стать модельным организмом для изучения механизмов фотосинтеза. Фотосинтетический реакционный центр из данной бактерии стал первым мембранным белком, структуру которого удалось получить[2][3], за что в 1988 году была вручена Нобелевская премия по химии Михелю Хартмуту, Роберту Хуберу и Иоганну Дайзенхоферу[4]. В 1997 году на основании молекулярно-филогенетических данных бактерия была перенесена[5] в род Blastochloris и названа B. viridis. В настоящее время бактерия интересна тем, что, в отличие от других бактерий, продуцирует бактериохлорофилл b, который имеет максимум поглощения в ближней инфракрасной области спектра(835-850, 1020-1040нм)[7]. В 2015 году был опубликован[8] полный геном B. viridis.

Информация об исследуемой последовательности:

Script

В данном апплете представлена структура реакционного центра B. viridis. На первой странице можно увидеть весь комплекс, покрашенный по цепям. Вторая страница содержит изображение субъединицы С. На третьей странице в субъединице добавлены ее важнейшие лиганды ndash; 4 гема. Четвертая страница показывает взаимное расположение гемов в пространстве. Для старта скрипта нажмите кнопку Start, для смены страницы - кнопку Resume; включить или отключить вращение можно с помощью кнопок Spin on и Spin off соответственно.

Реакционный центр B. viridis – трансмембранный белковый комплекс, состоящий из 4 полипептидных цепей: H, L, M и С. Основную роль в процессе фотосинтеза играют субъединицы L и M - две трансмембранные структуры, каждая из которых состоит из 5 α-спиралей. В образованной ими структуре находятся основные участники электрон-транспортной цепи: 4 бактериохлорофилла b – специальные пары – первичные акцепторы фотона, которые с помощью приобретенной энергии передают электроны на 2 бактериофеофитина b, которые в свою очередь, последовательно передают их на два хинона, последний из которых диффундирует по мембране и использует свой восстановительный потенциал для создания протонного градиента. Субъединица H находится с цитоплазматической стороны мембраны и участвует в регуляции уровня фотосинтеза. Субъединица С – закрепленный с периплазматической стороны цитохром С – участвует в восстановлении бактериохлорофилла b после его активации фотоном с помощью находящихся в ней 4 гемов. В свою очередь цитохром С получает элетрон от цитохром-bc1-комплекса, участвующего в перенсе протонов[9]. Исследуемая последовательность относится к семейству белков цитохромов типа С, т.к. содержит в своем составе гемы типа С.

Таблица с информацией о белке:

Протеомный анализ:

Протеом Blastochloris viridis является референсным в базе данных UniProt. Для сравнения был выбран протеом Rhodomicrobium vannielii, так данная бактерия, как и B. viridis, принадлежит семейству Hyphomicrobiaceae, а также является несерной пурпурной бактерией способной к фотосинтезу. Резултат подсчета белков, принадлежащих определенным группам можно увидеть в таблице; для получения данной информации были использованы команды, записанные в файл . По всем исследуемым параметрам протеомы данных бактерий кране схожи, кроме количества ферментов; это различие можно объяснить, во-первых, автоаннотацией белков, что не всегда соответствует истинной функции белка, во-вторых, различным метаболизмом бактерий(в.т.ч. разные бактериохлорофиллы). В целом, можно сделать вывод о довольно характерном для семейства протеоме B. viridis, что крайне важно для понимания данной бактерии, как модельного организма для несерных пурпурных бактерий.

1) Drews G, Giesbrecht P. Rhodopseudomonas viridis, nov. spec., ein neu isoliertes, obligat phototrophes Bakterium [Rhodopseudomonas viridis, n. sp., a newly isolated, obligate phototrophic bacterium]. Arch Mikrobiol. 1966 Mar 31;53(3):255-62. German. PMID: 5991629.
2) Weyer KA, Lottspeich F, Gruenberg H, Lang F, Oesterhelt D, Michel H. Amino acid sequence of the cytochrome subunit of the photosynthetic reaction centre from the purple bacterium Rhodopseudomonas viridis. EMBO J. 1987 Aug;6(8):2197-202. PMID: 16453786; PMCID: PMC553618.
3) Deisenhofer J, Michel H. The photosynthetic reaction centre from the purple bacterium Rhodopseudomonas viridis. Biosci Rep. 1989 Aug;9(4):383-419. doi: 10.1007/BF01117044. Erratum in: Biosci Rep 1989 Dec;9(6):763. PMID: 2686774.
4) https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1988/summary
5) Hiraishi A. Transfer of the bacteriochlorophyll b-containing phototrophic bacteria Rhodopseudomonas viridis and Rhodopseudomonas sulfoviridis to the genus Blastochloris gen. nov. Int J Syst Bacteriol. 1997 Jan;47(1):217-9. doi: 10.1099/00207713-47-1-217. PMID: 8995826.
6) Konorty M, Brumfeld V, Vermeglio A, Kahana N, Medalia O, Minsky A. Photosynthetic system in Blastochloris viridis revisited. Biochemistry. 2009 Jun 9;48(22):4753-61. doi: 10.1021/bi900267r. PMID: 19397367.
7) Jay F, Lambillotte M, Stark W, Muhlethaler K. 1984. The preparation and characterisation of native photoreceptor units from the thylakoids of Rhodopseudomonas viridis. EMBO J 3:773776.
8) Tsukatani Y, Hirose Y, Harada J, Misawa N, Mori K, Inoue K, Tamiaki H. Complete Genome Sequence of the Bacteriochlorophyll b-Producing Photosynthetic Bacterium Blastochloris viridis. Genome Announc. 2015 Sep 3;3(5):e01006-15. doi: 10.1128/genomeA.01006-15. PMID: 26337894; PMCID: PMC4559743.
9) Williams, J. C. and Allen, J. P. (2009) Directed modification of reaction centers from purple bacteria. In Advances in Photosynthesis and Respiration, vol. 28: The Purple Phototrophic Bacteria (Hunter, C. N., Daldal, F., Thurnauer, M. C. and Beatty, J. T., eds), pp. 337353, Springer, Dordrecht
10) Страница UniProt, посвященная изучаемому белку