1. Описание структуры трех альфа-спиральных ТМ белков и трех ТМ бета-баррелей

PDB код Тип организации Число цепей,
образующих одну ТМ единицу 		Число трансмембранных участков в ТМ единице Число остатков в одном трансмембранном участке Толщина гидрофобного участка в ангстремах Наклон спиралей/тяжей к нормали Толшина мембраны Какая мембрана, организм, "код транспортера", функция белка
1AP9  спираль  3  3*7=21  20,85   31.8  0  31.8*cos(0)=31.8 Плазмолемма, Halobacterium halobium, 3.E.1.1.1, фоторецептор - бактериородопсин 
3A3Y  спираль  3  13  18,27  31.9  9  31.9*cos(9)=31.5 Различные мембраны эукариот, Squalus acanthias, 3.A.3.1.6, натрий-калиевая АТФаза  
2KB7  спираль  1  1  21   32.0  15   32.0*cos(15)=30.9 Сердечная саркоплазматическая мембрана, Homo sapiens, 1.A.50, кальциевый АТФазный регулятор 
1GFG  баррель  1  22   8,54  24.7  5  24.7*cos(5)=24.6 Внешняя мембрана грамм-отрицательных бактерий, Escherichia coli, 1.B.14.1.4, рецептор феррихрома 
2GE4  баррель  1  8   8,33  25.4  11  25.4*cos(11)=24.9 Внешняя мембрана грамм-отрицательных бактерий, Escherichia coli, 1.B.6.1.1, пориновая активность  
3RFZ  баррель  3+3=6  22+22=44  7,29  23.8  5  23.8*cos(5)=23.7 Внешняя мембрана грамм-отрицательных бактерий, Escherichia coli, 1.B.11, порин фибриального посредника 


Здесь представлены изображения приведенных в таблице белков:
Толщина мембраны приведена с учетом поправки на угол к нормали, так как на сайте OPM указана длина гидрофобной части белка, а белки расположены в мембране под углом
Информация о числе остатков в одном трансмембранном участке была взята из OPM, где для каждого белка указаны диапазоны номеров аминокислот, находящихся в мембране (напр., 1(9-31), 2(43-62), 3(80-98)). Далее в Exel было вычислено число аминокислот для каждого такого участка,а затем для белка было расчитано среднее число остатков, приходящихся на участок.
Из таблицы видно, что число остатков в бета-листе, пронизывающем мембрану, гораздо меньше, чем у альфа-спирали: 8 vs 20. Это вполне ясно, так как из-за спиральной укладки нельзя просто сложить длины остаков, а бета-листе, вообще говоря, можно.
Мембрана бактериальной грамм-положительной бактерии и различные эукариотические мембраны обладают приблизительно одинаковой толщиной. Внешняя же мембрана грамм-отрицательных бактерий несколько тоньше обычной.

2. Аннотация трансмембранного белка P43245

Данный белок 3.A.1.201.1 представляет собой канал с АТФазной активностью, который выводит ксенобиотики (чужеродные вещества: антибиотики, антидепрессанты, вирусные частицы и пр.) из клеток: ATP + H2O + xenobiotic(In) = ADP + phosphate + xenobiotic(Out)
Для подготовки множественного выравнивания помимо предложенных гомологов, поиском BLAST добавил еще пару гомологов, чтобы подчеркнуть консервативность трансмембранных участков. В качестве программы выравнивания можно было выбирать любую, не задумываясь о качестве, так как используемые гомологи очень близки. Я выбрал программу t_coffee.
Каждый метод предсказания трансмембранных участков предоставил приблизительно одинаковые результаты:
  • 12 трансмембранных участков
  • 7 цитоплазматических
  • 5 внеклеточных
    Все методы показали приблизительно одинаковые результаты, с отличием лишь на одну-две аминокислоты, что можно считать, по-моему, полным совпадением. Например,

    Выравнивание msf
    Выравнивание jar

    Сервис TMHMM обнаружил следующие трансмембранные участки:


    4. "Рositive inside"

    Чтобы проверить правило "positive inside" с 3D-гомологом, я выделил синим положительно заряженные атомы азота аргинина и лизина (гистидином принебрег) и красным отрицательные кислороды аспартата и глутамата в программе Pymol. Если по рисунку кажется, что правило не выполняется, это иллюзия. На самом деле, на внутренней стороне 810 положительных и 660 отрицательных атомов - очевино, что внутри большой плюс (особенно если еще присовокупить гистидины). На внешней стороне - нуль: равное количество противозарядов. Заметно, что в толще мембраны вообще нет заряженных остатков.

    5. Транс-мембранный бета-баррель у грам-положительных бактерий

    Mycobacterium smegmatis - грам-положительная бактерия
    Порин MspA, 1UUN
    Селективен по отношению к катионам благодаря высокой плотности отрицательного заряда на поверхности. Также транспортирует глюкозу, серин, гидрофильные бета-лактамы и пр.
    Существует два отличия от бета-баррелей грам-отрицательных бактерий:
  • N- и С-концевыеучастки выходят наружу,
  • их цепи как бы намотаны вокруг поры против часовой стрелки.
    Источник

    6. Альфа-спиральныйбелок во внешней мембране грам-отрицательных бактерий

    Helicobacter pylori - грам-отрицательная бактерия
    TrbI-подобный белок конъюгации, 2BHV
    Белок, участвующий в конъюгации бактерий, при которой происходит обмен генетической информацией между двумя особями.
    Источник

    8. Сервисы, предсказывающие трансмембранные бета-баррели по последовательности

  • Я нашел сервис PRED-TMBB, который предстказывает, находится, ли данный белок во внешней мембране грам-отрицательных бактерий, а также показывает локализацию бета-стрэндов, и все это без каких-либо эволюционных методов, остнованных на выравнивании.
  • Решил проверить его работу на примере белка OrpH из Pseudomonas aeruginosa (2lhf)
  • Гомолога нашел с помощью blast причем только по nr. Это белок из Pseudomonas mendocina (YP_001188464.1)
    Реальная структура
    		 Схема для гомолога
    Было предсказано наличие 9 стрэндов, когда их в действительности 8 (не зная структуры гомолога, я говорю "в действительности", так как судя по выравнванию структура у гомолога такая же, как и у исходного белка). Пять стрэндов совпало с исходным.
    В общем, предсказание сделано верно, хотя хотелось бы более точно.
    Выравнивание с разметкой

    1. Увеличить клетку до размеров дыни и сказать, с чем можно сравнить мембрану

    Размер клетки в 1000 раз больше толщины мембраны. 30 сантиметров дыни поделить на 1000, получим доли миллиметра. Такую толщину имеет алюминиемая фольга, например, или - из биологии - кутикула на поверхности листа или той же самой дыни.