Практикум №7. Трансмембранные белки.
База данных OPM
OPM (Orientations of Proteins in Membranes) — это курируемая база данных, которая предоставляет пространственное положение мембранных белков относительно липидного бислоя, их структурную классификацию и топологию. В отличие от других баз, OPM не просто хранит структуры, а рассчитывает оптимальное погружение белка в мембрану с помощью метода PPM (Positioning of Proteins in Membranes), минимизируя энергию переноса белка из воды в мембрану.
Классификация белков в OPM основана на структуре их основного трансмембранного или мембраносвязанного домена и включает четыре иерархических уровня:
1. Тип: трансмембранные, монотопические (заякориваются на одной стороне мембраны) и периферийные (ассоциируются с мембраной обратимо), а также мембрано-активные пептиды.
2. Класс: α-спиральные политопические, битопические (одна α-спираль), β-бочонковые (β-barrel) и другие — то есть по вторичной структуре трансмембранного домена.
3. Суперсемейство: эволюционно связанные белки с выравниваемыми 3D-структурами (например, для β-бочонковых — 36 суперсемейств, включая Trimeric porins, OmpA-OmpF porin family, FadL и др.).
4. Семейство: белки, для которых обнаружена гомология последовательностей.
При описании белков OPM ссылается на ряд внешних баз данных, предоставляющих информацию для классификации: TCDB (транспортная классификация), Pfam (семейства белков), InterPro, PDB (экспериментальные структуры) и UniProt (последовательности).
В результате поиска по уровням классификации в базе данных OPM был найден белок 5wq8 в трансмембранной части которого находятся β-листы. Данный белок имеет один из наименьших показателей гидрофобной толщины 19.4 Å и представляет собой GspD секретин, образующий канал во внешней мембране грамотрицательных бактерий для транспорта белков через систему секреции II типа..
Предсказание трансмембранных участков по последовательности
Для выполнения задания был выбран белок Insect olfactory receptor OR5, with DEET (Обонятельный рецептор 5 насекомых), который был выделен из Machilis hrabei. Запись в Uniprot отсутствует, идентификатор PDB: 7lig. Он представляет собой трансмембранный белок, который собирается в гомотетрамерный лиганд-управляемый ионный канал и располагается в клеточной мембране, пронизывая её насквозь. Сайт связывания DEET находится в трансмембранной области внутри каждой субъединицы рецептора.
Все 4 субъединицы белка имеют координаты трансмембранных участков: 1( 52- 75), 2( 81- 104), 3( 142- 164), 4( 197- 221), 5( 343- 365), 6( 371- 393), 7( 449- 467).
Предсказанные DeepTMHMM координаты трансмембранных участков:
7LIG_1_Chains TMhelix 61 78
7LIG_1_Chains TMhelix 86 109
7LIG_1_Chains TMhelix 146 168
7LIG_1_Chains TMhelix 204 233
7LIG_1_Chains TMhelix 349 369
7LIG_1_Chains TMhelix 378 398
7LIG_1_Chains TMhelix 454 472
Рис. 1 График иллюстрирует профиль вероятности предсказания трансмембранной топологии в зависимости от координат аминокислотной последовательности для одной из двух субъединиц белка. Красные столбцы на верхнем графике соответствуют сегментам трансмембранной локализации, которые программа считает верно предсказанными. Аналогично розовые - внутренним, а синие наружним участкам. На нижнем графике отражается вероятность предсказания для каждого участка.