Сравнение белка yxiM c его ортологами

Изучаемый мною белок yxiM имеет 8 ортологов, полученных формальной трансляцией (аннотированных - нет). Для проведения сравнения я выбрала два из них - предполагаемые продукты гена yxiM из бактерий Paenibacillus mucilaginosus (штамм KNP414) и Paenibacillus polymyxa (штамм SC2). На основе информации, полученной из полных записей этих белков, выравнивания их последовательностей и модели трёхмерной структуры белка yxiM_bacsu, я провела сравнение по нескольким пунктам. Использованную информацию можно найти в таблице.

Общие характеристики

Все три белка незначительно различаются по длине - 382, 386 и 387 аминокислотных остатков для yxiM_bacsu, E3EJ95 и F8FE98 соответственно. Выравнивание их аминокислотных последовательностей на сайте UniProt (см. рис. 1) показало, что они совпадают на 61,7%. Можно предположить, что трёхмерные структуры E3EJ95 и F8FE98 сходны с yxiM_bacsu. Вероятно, они также выполняют одну и ту же функцию - расщепление эфирной связи.

Рис.1. Результат выравнивания последовательностей белка yxiM и его ортологов. Символом "*" и тёмно-серым оттенком выделены идентичные участки, символом ":" - похожие, где аминокислотные остатки сходны по свойствам, символом "." - менее похожие. Зелёным цветом выделен остаток аланина, отделяющий сигнальную последовательность. Жёлтым цветом выделены остатки, связывающиеся с металлом. Краснымцветом выделены остатки, входящие в активный центр.

Сигнальный пептид

Сигнальный пептид - участок аминокислотной последовательности (5-60 остатков), предназначенный для узнавания белка транспортёрами и перенесения его в органеллу, для которой он синтезирован. После доставки белка в место назначения сигнальный пептид отрезается. Кроме того, этот участок может служить для узнавания белками-модификаторами, которые вносят посттрансляционные изменения в структуру белка.

N-концевой участок белка yxiM_bacsu, включающий в себя 25 аминокислотных остатков, в записи белка обозначен как сигнальный пептид. В записях ортологов сигнальные последовательности не обозначены. Однако можно предположить, что первые 29 и 30 остатков с N-конца у E3EJ95 и F8FE98 соответственно относятся к сигнальному пептиду. Данное предположение основано на том, что эти последовательности отделены от остальной цепи аланином, как и в случае сигнальной последовательности белка yxiM_bacsu.

Связывание белка с металлом

Белок yxiM связывается с ионом Mn2+ отрицательно заряженными остатками Asp34 и Asp39. Для того, что бы повлиять на связывание белка с металлом, необходимо заменять именно эти остатки.

Как видно из выравния последовательностей (см. рис.1), ортологи белка yxiM содержат остатки аспартата на соответствующих местах. Вероятно, белки E3EJ95 и F8FE98 так же связываются с положительно заряженным ионом металла посредством этих остатков.

Активный центр

По данным записи о белке yxiM, его активный центр состоит из остатков Ser186, Asp354 и His357. В его ортологах на этих позициях стоят те же аминоксилотные остатки (см рис.1.). Вероятно, они так же играют там роль активного центра, что не указано в неаннотированных записях.

Мутации, влияющие на активность

На активность белка yxiM (аналогично для его ортологов) будут сильно влиять следующие мутации:

В первом случае, белок не сможет связываться с ионом марганца, что повлияет на его структуру, и сделает невозможным связывание с лигандом. Во втором случае несовпадение свойств исходных и замененных аминокислот изменит структуру активного центра, а также его взаимодействие с субстратом. Так как активные центры и сайт связывания с металлом у ортологов, по всей видимости, совпадают с белком yxiM, такие мутации будут действовать на них аналогично.

Пострансляционные модификации

По данным PDB-файла белка yxiM, 8 аминокислотных остатков модифицируются после трансляции. Сера в остатках метионина, стоящего на позициях 25, 52, 114, 190, 205, 235, 258, 261 и 336, заменяется на селен. Новая аминокислота называется селенометионин.
Кроме того, после трансляции модифицируется N-концевой участок белка - сигнальный пептид отрезается.

Поиск предполгаемых ортологов белка yxiM

Исходя из предположения, что ортолог может иметь название отличное от названия исходного белка, при этом синтезируясь с того же гена, и отметив поиск только в полностью секвенированных геномах, я использовала следующий запрос в Uniprot:

(name:yxiM OR gene:yxiM) AND taxonomy:Bacillus AND keyword:181

На данный запрос было выдано всего 3 записи, поэтому я решила поискать ортологов среди белков бактерий других таксономических групп. Следующий запрос выглядел так:

(name:yxim OR gene:yxim) AND keyword:181

На него было выдано 5 записей: 1 из базы данных Swiss-Prot и 4 из базы данных TrEMBL. Такая разница в количестве записей в разных базах данных объясняется тем, что Swiss-Prot содержит только аннотированные записи, проверенные людьми, а TrEMBL - записи, полученные компьютером после автоматической "транскрипции" генов.

Оперон, включающий ген yxiM

Оперон - функциональная единица генома бактерии, участок, в который входит несколько генов, транскрипция которых включается одним промотором. Белки, продукты этих генов, функционируют совместно или последовательно воздействуют на один субстрат.

Оперон, в который входит ген yxiM, не содержит других генов. Направление транскрипции - "+", продукт гена - неохарактеризированная эстераза yxiM. Расстояние до вышележащего гена (принадлежащего другому оперону) - около 100 пар оснований, до нижележащего - 80 пар оснований.

Рис.2. Оперон гена yxiM. Оперон выделен чёрной прямоугольной рамкой. Белые стрелки указывают направление транскрипции.