Для выполнения этого практикума мне достался белок с идентификатором YKUC_BACSU. Для работы была скачана последовательность белка и предсказание его трехмерной структуры.
В базе данных OPM был выбран трансмембранный белок Outer membrane protease OmpT - протеаза внешней мембраны OmpT, принадлежащая Escherichia coli (PDB ID: 1i78 , Uniprot ID: OMPT_ECOLI). Часть белка, погруженная в мембрану, представляет собой β-бочонок (рис. 1). Красным цветом на рисунке 1 показана положительно заряженная часть мембраны (обращена наружу), синим цветом показана отрицательно заряженная часть мембраны (обращена в сторону периплазматического пространства). Данный белок разрезает полипептиды между положительными аминокислотными остатками (Arg, Lys, His). Некоторые характеристики белка из OPM представлены в таблице 1.
Параметр | Значение |
---|---|
Толщина гидрофобной части белка в мембране | 26.5 Å |
Координаты трансмембранных участков | 1(11-20),2(50-61),3(64-72),4(111-121),5(126-136),6(178-187),7(192-201),8(230-240),9(245-254),10(287-296) |
Средняя длина трансмембранного сегмента | 10.4 |
Местонахождение | Наружная мембрана грамотрицательной бактерии |
Сервис DeepTMHMM позволяет предсказывать трансмембранные участки по первичной структуре белка. На выход программе сначала была дана последовательность белка OMPT_ECOLI (текстовая выдача программы). Затем на выход программе была дана последовательность α-спирального белка YKUC_BACSU (текстовая выдача программы). С графическими выдачами можно ознакомиться на рисунках 2-3.
В графической выдаче по горизонтали отложены координаты остатков белка, на вертикальной оси показано предсказание положения определенных участков относительно мембраны (верхний рисунок) и вероятность расположения конкретного остатка относительно мембраны (нижний рисунок), цвет указывает на расположение аминокислотного остатка (расшифровка приведена в легенде).
Для β-листового белка OMPT_ECOLI программа смогла предсказать 10 трансмембранных участков (β-тяжей), что совпадает с информацией из БД OPM, тем не менее координаты остатков не совпадают с координатами из OPM, что может быть связано с тем, что в выдаче учитывается сигнальный пептид. Для α-спирального белка YKUC_BACSU программа предсказала 12 трансмембранных структур.
В данном разделе проведено предсказание топологии для выданного альфа-спирального белка YKUC_BACSU с помощью сервиса PPM 3.0 на сайте OPM. Для данного белка не существует достоверной структуры, но существует структура предсказанная AlphaFold. На выход сервису PPM передается PDB файл с предсказанной структурой белка. Параметра запуска:
Параметр | Значение |
---|---|
Толщина гидрофобной части белка в мембране | 30.7 ± 0.6 Å |
Координаты трансмембранных участков | 1( 10- 35), 2( 42- 63), 3( 74- 96), 4( 99- 118), 5( 138- 163), 6( 164- 184), 7( 227- 250), 8( 259- 284), 9( 292- 310),10( 315- 333),11( 354- 374),12( 381- 403) |
Средняя длина трансмембранного сегмента | 22.5 |
Местонахождение | Клеточная мембрана грамположительной бактерии |
Сравнение выдачи DeepTMHMM и PPM для белка YKUC_BACSU:
В таблице 3 приведены координаты трансмембранных участков предсказанные двумя сервисами для YKUC_BACSU. Несмотря на то что количество трансмембранных участков в обоих случаях совпадают, координаты их остатков и средняя длина участка отличаются при разных предсказаниях. Модель белка в Uniprot достоверно предсказывает трансмембранные спирали, есть предсказания с низкой достоверностью в участках белка обращенные в сторону цитоплазмы. Я думаю, что достоверность модели оказывает влияние на результат работы PPM, т.к. я использовал именно эту модель в качестве входных данных для PMM.
Сравнение выдачи DeepTMHMM и данных из БД OPM для белка OMPT_ECOLI:
В таблице 4 приведены координаты остатков белка предсказанные DeepTMHMM и найденные в БД OPM. Координаты существенно отличаются. Можно предположить что такой сдвиг мог произойти из за того что в для работы с DeepTMHMM была взята последовательность белка из БД Uniprot, которая содержит сигнальный пептид, как раз на его длину координы могли так сильно сдвинуться (длина сигнального участка по результатам DeepTMHMM - 20 остатков)
DeepTMHMM | PPM | |
---|---|---|
Координаты | 14- 34, 50- 63, 81- 94, 101- 117, 142- 159, 162- 182, 225- 245, 264- 284, 292- 309, 316- 333, 354- 374, 383- 403 | 1( 10- 35), 2( 42- 63), 3( 74- 96), 4( 99- 118), 5( 138- 163), 6( 164- 184), 7( 227- 250), 8( 259- 284), 9( 292- 310),10( 315- 333),11( 354- 374),12( 381- 403) |
Средняя длина трансмембранного сегмента | 18.74 | 22.5 |
DeepTMHMM | OPM | |
---|---|---|
Координаты | 32 44, 66 78, 84 97, 128 139, 148 159, 195 206, 213 226, 246 259, 266 277, 304 315 | 1(11-20),2(50-61),3(64-72),4(111-121),5(126-136),6(178-187),7(192-201),8(230-240),9(245-254),10(287-296) |
Средняя длина трансмембранного сегмента | 12.8 | 10.4 |