Поиск по базам данных OPM или PDBTM.

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
1bxw бета-бочка внешняя клеточная мембрана грамм-отрицательных бактерий; E.Coli 25.4 ± 1.9 9.5
3b07 бета-бочка секретируемый (патогенный белок для гемолизиса атакуемых клеток); Staphylococcus aureus 21.4 ± 1.0 6.5
1p4t бета-бочка внешняя клеточная мембрана грамм-отрицательных бактерий; Neisseria meningitidis 24.9 ± 2.4 11
3beh Спиральный белок Внутренняя клеточная мембрана грамм-отрицательных бактерий; Rhizobium loti 30.6 ± 0.8 20
1vry Спиральный белок плазмолемма эукариот; Homo sapiens 23.2 ± 3.7 17
3rlb Спиральный белок Плазмолемма грамм-положительных бактерий; Lactococcus lactis 30.8 ± 1.8 19


Данные, приведенные в таблице взяты из OPM и TCDB.
Среднее число остатков в одном трансмембранном участке посчитано по доступным данным: числу вторичных трансмембранных структур и соответствующим номерам остатков (OPM).

Анализ структуры выданного белка

Таблица 2.Описание структуры трансмембранного белка CusA (идентификатор PDB 3NE5, цепь A)
PDB ID Организм Тип мембраны ТС-код Угол наклона спиралей к нормали Количество трансмембранных спиралей
3NE5 Escherichia coli Внутренняя мембрана граммотрицательных бактерий 2.A.6.1 0 ± 0° 36

Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков

Построила множественное выравнивание предварительно отобранных гомологов и загрузила его в JalView.
Для создания выравнивания были методом BLASTp сделана репрезентативная выборка гомологов заданного белка (для поиска BLAST были исключены все бактерии из филума бактерии с данным белком (то есть исключен филум Proteobacteria)). Список их последовательностей можно посмотреть тут. Выбирались белки из различных таксонов, с более или менее приемлимыми значениями identity (22-32%)

Для создания выравнивания были методом BLASTp сделана репрезентативная выборка гомологов заданного белка (для поиска BLAST были исключены все бактерии из филума бактерии с данным белком (то есть исключен филум Proteobacteria)). Список их последовательностей можно посмотреть тут. Выбирались белки из различных таксонов, с более или менее приемлимыми значениями identity (22-32%) Таких белков оказалось очень немного - всего 9 штук. Для выравнивания взяла все. Но некоторые из них были очень короткими, а некоторые длиной похожие на исходные белок.
Добавила новую пустую строку аннотации и назвала ее "TM_REAL". Переместила исходный белок в верхнюю строку выравнивания. Прикрепила к нему его структуру. Используя появившуюся связь между последовательностью и структурой, пометила участки выравнивания, отвечающие трансмембранным спиралям в белке со структурой в строке-аннотации буквой "М". Добавила к выравниванию предсказание трансмембранных спиралей, выдаваемых программой TMHMM, для любого другого гомолога. Назвала эту строку "TM_PREDICTED", после чего нанесла вручную участки, предсказанные TMHMM, в эту строку. Так как белки сильно отличались по длине, то при нанесении трансмембранных участков гомологов решила нанести эти участки для белков разной длины, в процессе оказалось, что не все отобранные белки являются трансмембранными согласно данным TMHMM. Например, трансмембранными не являются белки GDS1_HUMAN, GDS1A_XENLA, GDS1_BOVIN. Они были удалены из выравнивания. Таким образом, белков не принадлежащим Proteobacteria, то есть соответствующих критерию репрезентативности выборки, осталось всего 6.
Выберала цветовую схему Hydrophobicity, которая позволяет визуально различать гидрофобные (красные) и гидрофильные (синие) остатки, conservating by 15% (чем ярче окрашен остаток, тем более он консервативен в данном выравнивании). Полученное выравнивание можно увидеть на рисунке 1. Скачать в виде проекта можно тут



Рис.1 Выравнивание белка CusA с его гомологами. PDB структура белка ассоциирована с ним. Цветовая схема Hydrophobicity, где синий - гидрофильные заряженные остатки, красный - гидрофобные остатки. Conservation by 20%.

Трансмембранные участки совпадают не везде, значительную долю составляют участки, которые либо отсутствуют в гомологе либо в исходном белке или сильно смещены относительно друг друга. Однако, там, где мы видим хорошее наложение предсказанных и реальных участков, видна и неплохая консервативность участков. Примером такой зоны является район 800-1000 остатков. Нетрансмембранные участки белков в некоторых местах выравниваются на протяжении 5-20 остатков, видимо, там есть несколько относительно консервативных участков, по которым их и выровнял Muscle. Вообще, по такой малой выборке довольно трудно о чем-то судить, но больше последовательностей бласт не выдает. В трансмембранный участках много гидрофобных аминокислот, при достаточном, впрочем, количестве, и гидрофильных.Причем иногда они очень консервативны. Возможно, они играют некую важную структурную роль, например, во взаимодействии спиралей между собой.
На качественном уровне можно сказать, что данном случае по предсказанным трансмембранным участкам гомологов нельзя судить об исследуемом белке. Однако в целом метод может дать хорошую точность в случае больших выборок.

© Ходыкина Наталья,2013