Особенности мембранных белков
Мембранные белки обладают набором определенных признаков и свойств, которые отличают их от других белков живых систем. Именно поэтому для описания мембранных белков и работы с ними созданы специальные программы, базы данных и ресурсы.
Например, существует база данных OPM (Orientation of Proteins in the Membrane), в которой содержатся предсказания о положении белков относительно мембраны.
Для выбранных белков с помощью базы данных OPM можно описать следующие параметры (Таблица 1).
Описание трансмембранных белков с известной 3D структурой
| PDB код | Тип(спираль, баррель) | Какая мембрана(внутренняя или внешняя, организм, органелла) | Толщина гидрофобной части мембраны в ангстремах | Медиана числа остатков в одном трансмембранном участке |
| 2GFP | Альфа-спираль (политопная) | Внутренняя мембрана грамотрицательной бактерии Escherichia coli | 31.6 ± 1.5 A | 22.5 |
| 3H90 | Альфа-спираль (битопная) | Внутренняя мембрана грамотрицательной бактерии Escherichia coli (переносчик хлоридов) | 29.6 ± 0.8 A | 18 |
| 2k3m | Альфа-спираль (битопная) | Плазматическая мембрана грамположительной бактерии Mycobacterium tuberculosis | 23.8 ± 2.1 A | 23 |
| 2JK4 | Бета-баррель | Митохондриальная внешняя мембрана Homo sapiens (потенциал-зависимый анионный канал) | 23.4 ± 2.3 A | 8 |
| 3OHN | Бета-баррель | Внешняя мембрана грамотрицательной бактерии Escherichia coli (фимбриальный входной порин) | 21.2 ± 1.1 A | 8.5 |
| 3njt | Бета-баррель | Внешняя мембрана грамотрицательной бактерии Bordetella pertussis (переносчик Omp85-TpsB) | 23.6 ± 0.9 A | 9.5 |
Для работы был выбран белок из Mastigocladus laminosus (Fischerella sp.), который является цитохромом b6f (железо-серная субъединица). Его идентификаторы:
- PDB: 1VF5
- Uniprot: P83794 (UCRI_MASLA)
Поиск гомологов осуществлялся с помощью BLASTP. Были использованы следующие параметры:
- база данных: RefSeq
- максимальное число хитов: 1000
- e-value: 1
При заданных параметрах программа выдала последовательностей, из которых были отобраны 15 гомологов в репрезентативную выборку (seq.fasta).
С помощью базы данных OPM и TCBD была запомнена Таблица 2.
Описание структуры белка UCRI_MASLA
| PDB ID | Организм | Тип мембраны | ТС-код | Угол наклона спиралей к нормали | Количество трансмембранных спиралей |
| 4E74 | Mastigocladus laminosus | Тилакоидная мембрана | 3.D.3 | 0 ± 0° | 1 |
ТС-код содержит информацию о классификации изучаемого белка:
3 - транспортеры первичного активного транспорта
D - транспортеры, работающие за счёт окислительно-восстановительных реакций
3 - переносчиком протонов является гидрохинон (суперсемейство цитохром c-редуктаз).
С помощью программы MUSCLE было проведено выравнивание последовательностей найденных гомологов. В программе JalView добавлена строка с аннотацией TM_REAL. В ней буквой «М» отметили участок с 14 а.о до 43 а.о, который соответствует альфа-спирали. Данный участок был найден благодаря тому, что к исходному белку привязали его струкруту.
Программой TMHMM были получены предсказанные координаты трансмембранной альфа-спирали (21-43). Эти координаты были помещены в аннотацию в строчке TM_PREDICTED и отмечены также буквой «М».
К выравниванию была применена стандартная цветовая схема «Hidrophobicity». Она позволяет различить гидрофобные (красный цвет) и гидрофильные (синий цвет) участки. Благодаря выбранному порогу (равен 20) в режиме «By conservation» интенсивность окраски определяется степенью консервативности позиций (Рис. 1)
Проект выравнивания
Рис. 1 Спираль вторичной структуры белка UCRI_MASLA
По результатам множественного выравнивания можно сделать вывод, что участки, которые встречаются в альфа-спиралях, слабо консервативны. Они представлены в основном аминокислотами:
- гидрофобные: аланин, фенилаланин, лейцин, валин
- глицин.
Кроме того в структуре изучаемого белка наблюдаются различные полярные аминокислоты. Но так как они являются крайне неконсервативными, то их присутствие нельзя связать с функцией или особенностями белка.
В белке имеется только одна спираль. Цитоплазматический участок имеет более высокую степень консервативности, чем трансмембранный участок.
Результаты программы TMHMM практически совпадают с данными, полученными из структуры изучаемого белка. Различие заключается в лейцине, который предсказала программа и который является лишним согласно структурным данным, и в пролине, который программа не предсказала. Возможно, это связано с полярностью этих аминокислот. Пролин – полярая аминокислота (как цитоплазматический участок), а лейцин – неполярная (как трансмембранный участок)
“Незамеченных” TMHMM спиралей или лишних предсказаний нет.