Предсказание топологии мембранного белка Aquaporin Z

Предсказание топологии белка Aquaporin Z двумя методами и выделение трансмембранных сегментов в его 3D-структуре

Для предсказания топологии белка Aquaporin Z были использованы два метода:

1) На основе данных, полученных с помощью программы pepwindow пакета EMBOSS (размер окна 19 аминокислот), был построен профиль гидрофобности для аминокислотной последовательности рассматриваемого белка. По этому профилю практически вручную были предсказаны границы трансмембранных сегментов Aquaporin Z.

2) Предсказание топологии мембранного белка посредством программы TMHMM.
При задании аминокислотной последовательности Aquaporin Z программа выдает список предсказанных трансмембранных сегментов белка и график, на котором изображены как сами сегменты, так и цитоплазматические и внутренние петли и концы в структуре белка. Данный график, на самом деле, сочетает в себе три графика - трансмембранным сегментам, внутренним и цитоплазматическим петлям и концам соответствуют пики разного цвета.

Дополнительно в базе данных OPM (Orientations of Proteins in Membranes database) были выделены трансмембранные сегменты в 3D-структуре белка Aquaporin Z.

Полученные результаты:

Профиль гидрофобности + таблица с предсказанными разными способами трансмембранными сегментами белка Aquaporin Z

Выходной файл программы ТМНММ

Топология белка Aquaporin Z, описанная в базе данных OPM для его 3D-структуры 1rc2

Расположение предсказанных трансмембранных сегментов в аминокислотной последовательности белка Aquaporin Z

Сравнение предсказанных топологий с описанием трансмембранных сегментов в 3D-структуре белка Aquaporin Z

При сопоставлении всех полученных результатов была составлена следующая таблица:

Сравнение предсказанных топологий и положения белка Aquaporin Z в мембране

		По профилю гидрофобности	TMHMM
Всего предсказано (N)		115	138
Из них
	А. По данным ОРМ находятся внутри мембраны	111	120
	В. Из них - "торчащие" из мембраны остатки на концах спиралей	4	18
	С. Вообще не имеют никакого отношения к трансмембранным спиралям	0	0
D. Число непредсказанных остатков, которые по данным ОРМ находятся в мембране.		39	30
Точность предсказания, A/N		96.5%	87%
Сверхпредсказание, C/N		0%	0%
Недопредсказание, D/(L-N), где L-длина последовательности		33.6%	32.3%

Из полученных результатов видно, что в данном случае метод предсказания топологии трансмембранного белка по профилю гидрофобности является более точным, чем метод, используемый программой TMHMM. Высокий процент недопредсказания двух методов, вероятно, объясняется тем, что неустановленные два трансмембранных сегмента (64-73, 187-196) сравнительно короткие и содержат менее гидрофобные аминокислотные остатки. Не стоит также забывать, что в OPM расположение отдельных сегментов внутри или вне мембраны определяется с помощью энергетического критерия, который недоступен двум рассматриваемым методам.

В связи со всеми полученными в результате сравнения данными можно также добавить, что локализация половины петель и двух концов, предсказанная как по профилю гидрофобности, так и с помощью программы TMHMM, не совпадает с их локализацией, описанной в базе данных OPM (см. картинку).