Для выполнения первого задания я выбрала в базе данных OPM трансмембранный белок, у которого погруженная в мембрану часть структуры представляет собой бета-бочонок (OPM -> Classes -> Beta-barrel transmembrane). Методом интуиции я выбрала канальный белок VDAC-1, который представляет собой потенциалзависимый канал, обеспечивающий транспорт анионов. Данный белок локализован во внешней мембране митохондрий человека. Справа представлено изображение вторичной структуры белка и его расположения в мембране, представленное на странице в базе данных.

Толщина гидрофобной части белка составляет 23.4 ангстрем, согласно информации из базы данных. Аналогичный результат можно получить, измерив с помощью команды distance в Pymol расстояние между двумя слоями липидов мембраны.

Согласно базе данных, белок имеет следующие гидрофобные участки: 1(29-36), 2(42-51), 3(58-65), 4(72-79), 5(84-90), 6(98-105), 7(115-122), 8(126-134), 9(141-148), 10(152-160), 11(170-176), 12(182-187), 13(193-199), 14(206-213), 15(222-228), 16(235-241), 17(246-252), 18(258-266), 19(277-285). Всего 19 бета-листов, пронизывающих мембрану, средняя длина которых составляет 6-7 остатков.

В качестве альфа-спирального белка был взят транспортер цефамицина CMCT_AMYLA, бета-листового - потенциалзависимый анион-селективный канал VDAC1_HUMAN. В качестве входных данных использовались fasta-файлы: CMCT_AMYLA, VDAC1_HUMAN. Полученные предсказания трансмембранных участков представлены на рисунках слева. Текстовую выдачу программы можно посмотреть по ссылкам: CMCT_AMYLA, VDAC1_HUMAN. На схеме для CMCT_AMYLA выделены участки структуры, расположенные со стороны цитоплазмы (inside), с внешней стороны клетки (outside) и внутри мембраны (membrane). В нижней части схемы для каждого аминокислотного остатка показана вероятность принадлежания его определенной части структуры. Можно отметить, что N- и C-концы погружены в цитоплазму. На схеме для VDAC1_HUMAN отмечены участки, расположенные с внешней стороны мембраны митохондрии (обращенные в цитоплазму), обращенные в межмембранное пространство (periplasm) и пронизывающие мембрану. Также имеется сигнальная структура в виде спирали. N- и С-концы обращены в межмембранное пространство.

Объектом исследования в следующем задании был выданный мне белок - экспортер цефамицина CMCT_AMYLA. Его структура достоверно неизвестна, но существует её модель, предсказанная с помощью алгоритма AlphaFold. Эта модель изображена на рисунке слева, а также её можно просмотреть, открыв следующий PDB-файл. Касательно самой модели можно отметить, что качество предсказания достаточно высокое, практически вся структура, помимо лишенных вторичной структуры концевых участков, имеет pLDDT > 70 (качество предсказания здесь убывает от темно-синего к красному). От качества модели должно напрямую зависеть качество предсказания топологии, ведь протяженность находящихся внутри мемраны участков белка зависит от длины альфа-спиралей - количества включенных в них аминокислот, в то время как число аминокислот, вовлеченных в формирование вторичной структуры, определяется в процессе предсказания структуры. Для предсказания его расположения в мембране была использована программа PPM, которая принимает на вход файл с координатами (представлен выше) и набор параметров. В данном случае я указала, что белок находится в мембране грам-положительной бактерии (информацию о таксономической принадлежности организма можно найти в Uniprot), N-конец обращен внутрь от мембраны (можно было увидеть на схеме, полученной в предыдущем задании), белок пересекает одну мембрану. Отдельно исключать небелковые молекулы в данном случае не требуется, так как на вход подается не структура, полученная рентгеноструктурным анализом кристалла, а только предсказание, и файл не содержит ничего, кроме белка. Полученная информация о расположении его в мембране представлена в следующей таблице:

Последнее задание заключалось в том, чтобы найти информацию о белках в базе данных TCDB. Поиск осуществлялся по идентификаторам Uniprot, при этом белок CMCT_AMYLA(Q04733) в базе данных найден, а VDAC1_HUMAN(P21796) - нет. Для CMCT_AMYLA в базе данных существует страница, где можно найти информацию о длине последовательности, молярной массе, принадлежности организму, топологии белка, субстрате и условиях его взаимодействия с субстратом, количестве трансмембранных элементов. По команде Predict TMSs можно получить список координат трансмембранных участков и визуализацию их в последовательности. По сравнению с предсказанием PPM, есть некоторые различия в количестве включенных в каждый элемент остатков, но их количество и расположение совпадает. Данный белок имеет ТС-код 2.А.1.3.8, что отражает его включение в определенные категории трансмембранных белков: 2 - электрохимический потенциалзависимый транспортер; А - транспортный белок, формирующий пору; 3 - семейство транспортеров аминокислотных органокатионов (АРС); 8 - семейство животных белков, которые для функционирования нуждаются в связывании с трансмембранным гликопротеидом I типа (LAT).