Особенности мембранных белков

Описание трансмембранных белков с известной 3D структурой

Описание трансмембранных белков с известной 3D структурой
PDB ID	Класс	Локализация	Толщина гидрофобной части мембраны	Медиана числа остатков в одном трансмембранном участке
4f35	α-спираль	Внутренняя мембрана Грам-отрицательных бактерий (Vibrio cholerae)	27.8 ± 0.2 Å	16
4a01	α-спираль	Мембрана вакуолей (Vigna radiata)	32.0 ± 0.8 Å	23
2c3e	α-спираль	Внутренняя мембрана митохондрий (Bos taurus)	30.0 ± 1.0 Å	26.5
7ahl	β-баррель	Секретируемый белок (Staphylococcus aureus)	23.5 ± 0.9 Å	8.5
2jk4	β-баррель	Внешняя мембрана митохондрий (Homo sapiens)	23.4 ± 2.3 Å	8
3emo	β-баррель	Внешняя мембрана Грам-отрицательных бактерий (Haemophilus influenzae)	22.8 ± 1.9 Å	9

Составление репрезентативной выборки гомологов FRDC_WOLSU

Фумарат редуктаза (субъединица С):

• UniProt AC: P17413

Поиск гомологов FRDC_WOLSU с помощью protein blast
Алгоритм	База данных	Организмы	Установленное E-value	Запрашиваемое количество гомологов	Количество найденных гомологов
blastp	RefSeq	Procaryotae	1e-10	500	289
blastp	RefSeq	Eucaryotae	0.001	500	0

Рисунок 1. Таксономическое дерево гомологов FRDC_WOLSU, найденных с помощью protein blast среди Procaryotae. В скобках указано количество гомологов в каждом таксоне.

Репрезентативная выборка гомологов FRDC_WOLSU
Домен	Филум	Класс	Вид	Количество гомологов
Bacteria	Firmicutes	Bacillales	Brevibacillus massiliensis	1
	Firmicutes	Clostridiales	Desulfotomaculum kuznetsovii Desulfurispora thermophila	2
	Proteobacteria	β-Proteobacteria	Dechloromonas aromatica Laribacter hongkongensis Sutterella parvirubra	3
		γ-Proteobacteria	Shewanella frigidimarina Thiorhodospira sibirica	2
		δ-Proteobacteria	Desulfobacca acetoxidans Desulfobacterium autotrophicum Desulfomicrobium baculatum Desulfovibrio salexigens Syntrophobacter fumaroxidans	5
		ε-Proteobacteria	Campylobacter jejuni Helicobacter pylori Sulfurimonas gotlandica Wolinella succinogenes	4

* При составлении выборки учитывалось распределение гомологов по таксонам.

Структура FRDC_WOLSU

Структура FRDC_WOLSU
PDB ID	Организм	Локализация	TCDB Family	Угол наклона α-спиралей к нормали	Количество трансмембранных спиралей
2bs2	Wolinella succinogenes	Внутренняя мембрана Грам-отрицательных бактерий	5.A.3	2 ± 0° Субъединица C: 6° Субъединица F: 10°	10 (2 субъединицы)

* TCDB ID для FRDC_WOLSU определить не удалось, т.к. в TCDB данный белок не аннотирован.
Transport Classification:
5.* – Класс: Трансмембранные переносчики электронов
5.A.* – Подкласс: Переносчики, транспортирующие через мембрану 2 электрона
5.A.3.* – Семейство: Прокариотические молибдоптерин-содержащие оксидоредуктазы (PMO)

Множественное выравнивание отобранных гомологов FRDC_WOLSU

Рисунок 2. Множественное выравнивание прокариотических гомологов FRDC_WOLSU (кликабельно).
Множественное выравнивание было построено в программе Muscle.
В программе Jalview были добавлены следующие строки аннотаций:
• TM_REAL (аминокислоты, образующие трансмембранную α-спираль, отмечены красным цветом и подписаны "α")
• TM_PREDICTED (предсказанные программой TMHMM в гомологе, принадлежащем бактерии Brevibacillus massiliensis, трансмембранные α-спирали подписаны "M")

Цветовая схема окрашивания множественного выравнивания

* При окрашивании множественного выравнивания был задан порог консервативности, равный 15%.

Трансмембранные спирали фумарат редуктазы, предсказанные программой TMHMM, соответствуют реальным α-спиралям, однако в большинстве случаев имеют более короткую длину за счёт того, что вероятность наличия полярных аминокислот в трансмембранной спирали низка, и такие аминокислоты программа TMHMM не относит к α-спирали.

Результаты анализа множественного выравнивания

Трансмембранные спирали фумарат редуктазы состоят преимущественно из неполярных аминокислот, однако на концах α-спиралей присутствуют полярные незаряженные аминокилоты, соответствующие внешним гидрофильным слоям мембраны. Также трансмембранные спирали содержат очень консервативные ароматические аминокислоты и заряженные аминокислоты, поддерживающие третичную структуру субъединицы. Участки субъединицы между трансмембранными спиралями содержат консервативные заряженные аминокислоты (например, Lys18, His114), поддерживающие четвертичную структуру фермента, взаимодействуя с его цитоплазматической субъединицей.

Рисунок 3. Фумарат редуктаза. Субъединица С фумарат редуктазы окрашена в соответствии с цветовой схемой выравнивания.
Аминокислоты, взаимодействующие с цитоплазматической субъединицей B, показаны шариками и подписаны: Lys18, His114. (PDB ID: 2bs2)