Мембранные белки.
1. База данных OPM.
В базе данных OPM, содержащей информацию по мембранным белкам, был найден нужный мне трансмембранный
белок - Divalent metal cation transporter MntH (белок-транспортер бивалентных катионов MntH, в основном - Mn2+) из организма Staphylococcus capitis
по выданному PDB ID - 4WGV (для выполнения практикума была взята цепь А, а не С, как было указано в таблице, так как только для цепи А было описание в базе). Для
сравнения был выбран (с помощью поиска по уровням классификации) белок 7AHL из того же организма, в трансмембранной части которого не α-спирали, а β-листы. Ниже
представлены их характеристики.
Таблица 1. Описание белков в БД OPM
| Характеристики/Белки | 4WGV | 7AHL |
| Название | Divalent metal cation transporter MntH | Alpha-hemolysin |
| Тип | Трансмембранный | Трансмембранный |
| Класс | Альфа-спиральный политопный | Бета-бочонковый трансмембранный |
| Cуперсемейство | 1.1.037. Транспортер бивалентных ионов металлов (NRAMP) | 1.3.025. Формирующие поры токсины |
| Cемейство | 1.1.37.01. Транспортер бивалентных ионов металлов (NRAMP) | 1.3.25.01. Аэролизин (n=14, S=14 или n=16, S=16) |
| Локализация | цитоплазматическая мембрана грам-положительной бактерии | Секретируемый |
| Толщина гидрофобной части мембраны | 29.8 ± 1.6 Å | 23.5 ± 0.9 Å |
| Координаты трансмембранных спиралей (в а.о.) | 1 (47-60), 2 (66-85), 3 (106-138), 4(144-162), 5 (167-186), 6 (213-233), 7 (258-279), 8 (310-338), 9 (352-373), 10 (380-405), 11 (418-436) | 7 субъединиц, в каждой по 2 сегмента: 1 (119-126), 2 (132-140) |
| Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали (или одном β-тяже) белка | ≈21 | 7-8 |
| Изображение (p-сторона мембраны направлена вверх) |  |
 |
2. Анализ предсказания трансмембранных спиралей.
В данном задании нужно было оценить работу сервисов TMHMM и
Phobius, предназначенных для предсказания трансмембранных участков белков. Для этого им на вход была подана fasta-последовательность белка 4WGV.
Полученные результаты представлены далее в текстовом и графическом форматах.
График показывет вероятности локализации той или иной части белка по отношению к мембране. На оси ординат отображены соответсвующие вероятности, а на оси абсцисс - число а.о. белка. Красный цвет соответствует трансмембранным частям, розовый - частям, обращеннным во внешнюю среду, и синий, соответственно, - тем, что обращены внутрь клетки.
Для указанного белка программой были предсказаны 10 трансмембранных частей, 5 частей, обращенных внутрь клетки, и 6 частей, обращенных во внеклеточную среду. То есть, программа ошиблась на 1 при подсчёте общего числа трансмембранных спиралей (получилась одна лишняя спираль). При этом все остальные спирали неплохо "восстанавливались" относительно координат, указанных в базе OPM. Так, средняя ошибка при определении начальной координаты составила около 9 а.о., но при этом среднее количество витков в одной спирали так и осталось равным 21 остатку.
Программа также предсказала лишь 10 трансмембранных частей, 5 частей, обращенных внутрь клетки, и 6 частей, обращенных во внеклеточную среду. Координаты спиралей иногда абсолютно совпадают с координатами, посчитанными TMHMM и также, как и в предыдущей программе, неплохо "восстанавливаются" относительно координат из базы данных. Здесь средняя ошибка при определении начальной координаты составляет около 10 а.о., а среднее количество витков в одном спирали так и осталось равным примерно 21 остатку.
Можно сделать вывод, что программы работают по довольно похожим алгоритмам и достаточно хорошо предсказывают примерное положение частей белка относительно мембраны.
1. TMHMM
Существует 2 варианта выдачи - короткая и длинная версии. В подробном описании приняты следующие обозначения: "TMhelix" - трансмембранная часть белка, "inside" - часть белка, обращенная внутрь (к цитоплазме), "outside" - часть белка, обращенная во внешнюю среду.# 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Length: 415 # 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Number of predicted TMHs: 10 # 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number of AAs in TMHs: 217.18929 # 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number, first 60 AAs: 22.37822 # 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Total prob of N-in: 0.00084 # 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE POSSIBLE N-term signal sequence 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 1 19 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 20 42 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 inside 43 62 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 63 82 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 83 96 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 97 119 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 inside 120 130 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 131 153 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 154 172 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 173 192 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 inside 193 222 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 223 245 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 246 264 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 265 287 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 inside 288 316 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 317 335 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 336 344 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 345 367 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 inside 368 379 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 TMhelix 380 402 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE TMHMM2.0 outside 403 415
График показывет вероятности локализации той или иной части белка по отношению к мембране. На оси ординат отображены соответсвующие вероятности, а на оси абсцисс - число а.о. белка. Красный цвет соответствует трансмембранным частям, розовый - частям, обращеннным во внешнюю среду, и синий, соответственно, - тем, что обращены внутрь клетки.
Рис. 1. Выдача программы TMHMM в графическом варианте для белка 4WGV (цепь А)
Для указанного белка программой были предсказаны 10 трансмембранных частей, 5 частей, обращенных внутрь клетки, и 6 частей, обращенных во внеклеточную среду. То есть, программа ошиблась на 1 при подсчёте общего числа трансмембранных спиралей (получилась одна лишняя спираль). При этом все остальные спирали неплохо "восстанавливались" относительно координат, указанных в базе OPM. Так, средняя ошибка при определении начальной координаты составила около 9 а.о., но при этом среднее количество витков в одной спирали так и осталось равным 21 остатку.
1. Phobius
Аналогично существует 2 описания. Используются следующие обозначения: "TRANSMEM" - трансмембранная часть белка, "CYTOPLASMIC" - обращенная в цитоплазму часть белка, "NON CYTOPLASMIC" - часть белка, обращенная во внеклеточную среду. Графическая выдача аналогична таковой в TMHMM, отличается лишь цветовая гамма: серому цвету соответствует трансмембранная часть белка, зеленому - цитоплазматическая, синему - наружняя. Сигнальный пептид отмечается красным цветом.ID 4WGV:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE FT TOPO_DOM 1 22 NON CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 23 42 FT TOPO_DOM 43 62 CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 63 82 FT TOPO_DOM 83 87 NON CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 88 118 FT TOPO_DOM 119 129 CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 130 152 FT TOPO_DOM 153 171 NON CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 172 192 FT TOPO_DOM 193 224 CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 225 246 FT TOPO_DOM 247 265 NON CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 266 285 FT TOPO_DOM 286 316 CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 317 334 FT TOPO_DOM 335 345 NON CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 346 368 FT TOPO_DOM 369 379 CYTOPLASMIC. FT TRANSMEM 380 402 FT TOPO_DOM 403 415 NON CYTOPLASMIC. //
Рис. 2. Выдача программы Phobius в графическом варианте для белка 4WGV (цепь А)
Программа также предсказала лишь 10 трансмембранных частей, 5 частей, обращенных внутрь клетки, и 6 частей, обращенных во внеклеточную среду. Координаты спиралей иногда абсолютно совпадают с координатами, посчитанными TMHMM и также, как и в предыдущей программе, неплохо "восстанавливаются" относительно координат из базы данных. Здесь средняя ошибка при определении начальной координаты составляет около 10 а.о., а среднее количество витков в одном спирали так и осталось равным примерно 21 остатку.
Можно сделать вывод, что программы работают по довольно похожим алгоритмам и достаточно хорошо предсказывают примерное положение частей белка относительно мембраны.
3. База данных TCBD.
В этом задании было необходимо найти описания исследуемых белков в базе данных TCBD (Transporter
Classification Database). Здесь представлены более 800 семейств различных мембранных транспортных белки с учетом как филогении, так и функциональности. Классификация
включает в себя 5 критериев с соответсвующим символом в TC-коде - V.W.X.Y.Z. V (число) обозначает класс транспортера, W (буква) указывает на подкласс, X (число) -
семейство, Y (число) - подсемейство, а Z обозначет сам транспортер со специфическими субстратами.
Выданного мне белка в базе не нашлось, однако есть описание для белка 7AHL - 1.C.3.1.1.
Расшифровка:
1: Класс каналы/поры (Channels/Pores)
1.C: Подкласс порообразующих токсинов (Pore-forming toxins)
1.C.3 Семейство альфа-хемолизин канал-образующих токсин (The α-Hemolysin Channel-forming Toxin (αHL) Family)
Выданного мне белка в базе не нашлось, однако есть описание для белка 7AHL - 1.C.3.1.1.
Расшифровка:
1: Класс каналы/поры (Channels/Pores)
1.C: Подкласс порообразующих токсинов (Pore-forming toxins)
1.C.3 Семейство альфа-хемолизин канал-образующих токсин (The α-Hemolysin Channel-forming Toxin (αHL) Family)