Практикум 7. Трансмембранные белки

Цель работы — сопоставить результаты предсказания трансмембранных доменов белка, полученные двумя разными подходами: с использованием базы данных OPM (Orientation of Proteins in the Membrane) и веб-сервиса DeepTMHMM.

В качестве модели для изучения был выбран белок с идентификатором PDB 4PXK. Это бактериородопсин‑I археи Haloarcula marismortui. Данный мемранный белок функционирует как светозависимый протонный насос: за счет фотоизомеризации ретиналя и выброса протона из клетки создаётся градиент для синтеза АТФ. AC белка в базе UniProt — Q5UXY6 (BACR1_HALMA).

1. Анализ трансмембранных участков

Сначала были проанализированы данные о трансмембранных сегментах белка 4PXK, представленные в базе OPM. Согласно OPM, позиции трансмембранных участков в последовательности белка следующие: 1(7-29), 2(39-60), 3(78-96), 4(106-125), 5(135-157), 6(177-199), 7(205-219).

Всего база предсказывает 7 трансмембранных доменов, что соответствует типичному строению прокариотических родопсинов, у которых семь альфа-спиралей образуют функциональный пучок. Пространственная структура белка показана на рис. 1.

Рисунок 1. Трёхмерная структура белка 4PXK, визуализированная в программе GLMol. Красными кружками отмечена наружная сторона мембраны, синими — цитоплазматическая сторона.

Затем предсказания были выполнены с помощью сервиса DeepTMHMM. Аминокислотная последовательность белка была загружена из базы UniProt. Результаты работы программы представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Графики, сгенерированные сервисом DeepTMHMM для последовательности белка 4PXK. На верхнем графике показана наиболее вероятная топология белка (ось абсцисс — позиция в последовательности, ось ординат — топология участка). Нижний график отображает то же за самое, только по оси ординат отложена вероятность принадлежности каждой позиции к определённой топологии (трансмембранный, внутриклеточный или внеклеточный участок).

2. Сравнение результатов

В таблице 1 приведены координаты трансмембранных участков, предсказанных обоими методами.

Трансмембранный участок OPM DeepTMHMM
1 7-29 9-27
2 39-60 40-60
3 78-96 75-95
4 106-125 106-126
5 135-157 139-157
6 177-199 180-195
7 205-219 210-225
Вывод: оба подхода предсказали одинаковое количество трансмембранных спиралей — семь. Ни один метод не пропустил ни одного мембранного домена.

Границы спиралей различаются незначительно — в пределах 1–4 аминокислотных остатков (чуть большее отклонение наблюдается в поледнем трансмембранном участке, вероятно, потому что у него больше степеней свободы укладки в мембране, ведь эта спираль меньше зажата другими). Таким образом, можно заключить, что результаты двух методов хорошо согласуются между собой и не содержат существенных расхождений.