Особенности мембранных белков


Таблица 1. Параметры трех трансмембранных бета-спиралей и трех трансмембранных альфа-баррелей белков:
PDB ID Тип Какая мембрана Толщина гидрофобной части Медиана числа остатков в одном трансмембранном участке
2UUH Спираль Мембрана эндоплазматического ретикулума, H. Sapiens 29.4 ± 1.1 19.5
2m0b Спираль Плазматическая мембрана, H. Sapiens 31.8 ± 2.5 23
4B4A Спираль Внутренняя мембрана, Aquifex aeolicus 30.4 ± 1.2 21,5
2qdz Баррель Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий, Bordetella pertussis 24.4 ± 1.1 10,5
2lme Баррель Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий, Yersinia enterocolitica 23.4 ± 2.2 9
2jk4 Баррель Внешняя митохондриальная мембрана, H. Sapiens 23.4 ± 2.3 7,5













Отбор гомологов

Дан белок "Протонный симпортер L-фукозы" (L-fucose-proton symporter fucP) 3O7P из E. Coli, которая принадлежит к филуму Proteobacteria. В NCBI был проведен поиск с помощью PSI-BLAST по базе refseq, исключив находки из данного филума и эукариот. Были выбраны первые 12 хитов. Полученный файл в формате fasta.

Анализ структуры выданного белка

Таблица 2. Описание структуры протонного симпортера L-фукозы (идентификатор PDB 3O7P, цепь A)
PDB ID Организм Тип мембраны ТС-код Угол наклона спиралей (β-тяжей) к нормали Количество трансмембранных спиралей (β-тяжей в бочонке)
3O7P Escherichia coli Внутренняя 2.A.1.7.1 12

TC-код для белка означает:

Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков

Построим множественное выравнивание отобранных гомологов с помощью Muscle. Для этого сначала открыли fasta-файл в JalView.

Добавили новую пустую строку аннотации и назвали ее "TM_REAL". Переместили исходный белок, для которого есть структура, в верхнюю строку выравнивания. Прикрепили к нему структуру и, используя появившуюся связь между последовательностью и структурой, пометили участки выравнивания, отвечающие трансмембранным спиралям в белке со структурой в строке-аннотации буквой "М".

Добавили к выравниванию предсказание трансмембранных спиралей, выдаваемых программой TMHMM, для гомолога WP_008506886.1| fucose permease [Mucilaginibacter paludis]. Взяли последовательность гомолога и получили для него результат предсказания TMHMM. Ниже приведено изображение, выданное программой TMHMM для соответствующего гомолога:



Создали новую строку аннотации и назвали ее "TM_PREDICTED", после чего нанесли вручную участки, предсказанные TMHMM, в эту строку. Выбрали цветовую схему, позволяющую визуально различать гидрофобные и гидрофильные остатки. Затем установили "By Conservation" (20%).
полученный файл в формате JAR

Покрутим белок так, чтобы его часть, ориентированная в n-сторону мембраны оказалась снизу, а ориентированная в p-сторону - сверху. Ниже приведено соответствующее изображение:


Выбранная цветовая схема окрашивает более гидрофильные остатки синим цветом, а более гидрофобные - красным. Порог консервативности - 20%


Изображение с полным выравниванием репрезентативной выборки

Как оказалось, в данном белке относящиеся к трансмембранным спиралям участки крайне консервативны, а консервативность участков между самими спиралями ниже. В трансмембранных спиралях есть как заряженные, так и полярные полярные остатки. Положение предсказанных альфа-спиралей на выравнивании почти полностью совпадает с реальными, отмеченными для исследуемого белка. Я считаю, что небольшие различия могут быть вызваны тем, что в белке много гидрофобных аминокислот, которые затрудняют определение трансмембранных участков.