Сравнение белка O31851 с ортологами

Белок YojM_BacSu бактерии Bacillus subtilis является Cu/Zn-супероксиддисмутазо-подобным. В банке данных UniProt поиск его ортологов осуществлялся по запросу:
organizm:"Bacillus" AND family:"cu/zn superoxide dismutase".
Среди результатов оказались белки A7Z5K2_BacA2 и Q81K66_BacAn. Сравнение описания этих 3-ёх белков приведено в таблице 1.

Таблица 1 . Сравнение описания белка YojM_BacSu и его ортологов A7Z5K2_BacA2 и Q81K66_BacAn по данным UniProt
	Метка поля	Анализируемый белок	Ортолог 1	Ортолог 2
Идентификатор записи	ID	YojM_BacSu	A7Z5K2_BacA2	Q81K66_BacAn
Код доступа первый ("Accession number")	AC	O31851	A7Z5K2	Q81K66
Код(ы) доступа остальные)	AC			E9QU47; E9QU48; Q6HRL8; Q6KKY3;
Дата создания документа	DT	11 января 2001 г	23 октября 2007 г	1 июня 2003
Дата последнего исправления аннотации	DT	9 января 2013 г (версия 102)	9 января 2013 г (версия 38)	9 января 2013 г (версия 85)
Название (краткое описание) белка	DE	Супероксиддисмутазо-подобный белок YojM (Superoxide dismutase-like protein YojM)	Супероксид дисмутаза [Cu/Zn] (Superoxide dismutase [Cu/Zn])	Супероксид дисмутаза [Cu/Zn] (Superoxide dismutase [Cu/Zn])
Название организма	OS	Сенная палочка штамм 168 (Bacillus subtilis strain 168)	Bacillus amyloliquefaciens (strain FZB42)	Bacillus anthracis
Таксономия	OC	Bacteria › Firmicutes › Bacilli › Bacillales › Bacillaceae › Bacillus	Bacteria › Firmicutes › Bacilli › Bacillales › Bacillaceae › Bacillus	Bacteria › Firmicutes › Bacilli › Bacillales › Bacillaceae › Bacillus › Bacillus cereus group
Название гена и синонимы	GN	yojM (BSU19400)	yojM (RBAM_019160)	sodC
Номер публикции	RN	1	1	1
Автор(-ы) публикации	RA	Ghim SY, Choi SK, Shin BS, Jeong YM, Sorokin A, Ehrlich SD, Park SH.	Chen X.H., Koumoutsi A., Scholz R., Eisenreich A., Schneider K., Heinemeyer I., Morgenstern B., Voss B., Hess W.R., Reva O., Junge H., Voigt B., Jungblut P.R., Vater J., Suessmuth R., Liesegang H., Strittmatter A., Gottschalk G., Borriss R.	Read T.D., Peterson S.N., Tourasse N., Baillie L.W., Paulsen I.T., Nelson K.E., Tettelin H., Fouts D.E., Eisen J.A., Gill S.R., Holtzapple E.K., Okstad O.A., Helgason E., Rilstone J., Wu M., Kolonay J.F., Beanan M.J., Dodson R.J. , Brinkac L.M., Gwinn M., DeBoy R.T., Madpu R., Daugherty S.C., Durkin A.S., Haft D.H., Nelson W.C., Peterson J.D., Pop M., Khouri H.M., Radune D., Benton J.L., Mahamoud Y., Jiang L., Hance I.R., Weidman J.F., Berry K.J., Plaut R.D., Wolf A.M., Watkins K.L., Nierman W.C., Hazen A., Cline R., Redmond C., Thwaite J.E., White O., Salzberg S.L., Thomason B., Friedlander A.M., Koehler T.M., Hanna P.C., Kolsto A.B., Fraser C.M.
Название публикации	RT	Sequence analysis of the Bacillus subtilis 168 chromosome region between the sspC and odhA loci (184 degrees-180 degrees)	Comparative analysis of the complete genome sequence of the plant growth-promoting bacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42	The genome sequence of Bacillus anthracis Ames and comparison to closely related bacteria
Журнал	RL	DNA Res. 1998 Jun 30;	Nat. Biotechnol. 25:1007-1014(2007)	Nature 423:81-86(2003)
Чем обосновано существование белка	PE	Evidence at protein level	Inferred from homology	Inferred from homology
Ссылка (-и) на базу 3D структур PDB	N/A	www.pdb.org	-	-

Описания ортологов в большинстве своём похожи между собой, однако есть и различия:

Белок Q81K66_BacAn состоит всего из 179 аминокислотных остатков, в то время как остальные рассмотренные состоят из 196;
Существование белка YojM_BacSu подтверждено экспериментально, в то время как существование остальных лишь предположено по гомологии;
Пространственная структура известна только для YojM_BacSu;
Также только для него известны посттрансляционные модификации, однако можно предположить, что с остальными происходит то же самое (в связи с выполняемой функцией);

Дополнительная информация о белке O31851 в вопросно-ответной форме

В какой части бактериальной клетки локализован Ваш белок? На какой участок вашего белка Вы бы стали воздействовать, чтобы помешать его правильной локализации в клетке?

Согласно данным UniProt белок локализован в плазмалемме и крепится через липидный якорь. Предполагается, что в результате посттрансляционных модификаций аминокислота Cys18 пальмитилизуется по атому азота N, и к атому серы S крепится диацилглицерин, что способствует закреплению в мембране.
Теперь совершенно очевидно, что для неправильной локализации белка в клетке необходимо мутировать Cys18.
Какие аминокислотные остатки Вы бы стали модифицировать, чтобы изменить характер связывания металла с белком?

Согласно данным UniProt белок в качестве кофактора содержит 1 ион цинка (связан с His71 и Asp137) и 1 ион меди (связан с His86 и His166).
Поэтому если мутировать указанные аминокислоты на незаряженные, то белок потеряет способность связывать металлы. Если же Tyr88 и Pro104 заменить на гистидин, то белок будет прочнее связывать металлы (пояснение в вопросе №4).
Согласно сведениям PDB гомодимер белка координирует значительно больше ионов обоих металлов. Этот случай намного подробнее разобран на странице "Лиганды в структуре 1XTM"
Какие ионы связываются с белком?

С белком связываются ионы меди Cu²⁺ и ионы цинка Zn²⁺ (см. вопрос №2)
Какие мутации Вашего белка исследованы? Какие аминокислотные остатки (русское название, трехбуквенный код, номер в цепи) мутировали и к чему это приводило?

Исследованы случаи мутаций Y88H и P104H, обычно возникающих сопряжённо друг с другом. При этом тирозин Tyr88 и пролин Pro104 заменяются на гистидин. Это ведёт к лучшему связыванию меди (503), а вместе с этим появление гистидина вместо пролина также способствует лучшей координации в белке цинка (504).
Напишите номера и названия аминокислотных остатков, чьи боковые цепи связаны ковалентной связью.

В структуре белка боковые цепи только 2-х аминокислот связаны ковалентной связью. Если быть точнее, то эта связь ничто иное, как дисульфидный мостик между цистеинами Cys93 и Cys186.
Получите последовательность 3-го бета-тяжа, используя команду seqret пакета EMBOSS.

Команда seqret (как и все программы EMBOSS) использует синтаксис вида:
<команда> <база данных>:<мнемоника белка>_<мнемоника организма> -<опции>
Из параметров seqret, которые выводят определённую последовательность, я нашёл -sask, которая предлагает ввести начало и конец требуемой последовательности. Третий бета-тяж начинается с 64-ого аминокислотного остатка и заканчивается 74-ым. Исходя из этого задача решается с помощью запроса:
```
seqret sw:yojm_bacsu -sask
Reads and writes (returns) sequences
     Begin at position [start]: 64
       End at position [end]: 74
```
В результате мы имеем файл с требуемой последовательностью DDEGLDIHISA
Укажите вероятные полиморфизмы - отличия в последовательности белка, полученного из разных организмов того же вида.

Рис. 1. Сравнение последовательностей.
Для сравнения последовательностей белков супероксид дисмутаз я выбрал организм того же вида Bacillus subtilis subsp. spizizenii ATCC 6633. Как оказалось, в структуре этих белков есть изменения (указаны на рис.1). А так как оба типа белков функционируют должным образом, то я могу предположить, что выявившиеся отличия незначительны и не отражаются на структуре белка.
Укажите положение сигнального пептида в последовательности (от - до) и опишите роль этого пептида

Предполагается, что сигнальный пептид расположен с 1 по 17-ый аминокислотный остаток, но это не подтверждено экспериментально. Как и для любого сигнального пептида, его функция - доставить белок после трансляции в требуемую часть клетки. В случае супероксид дисмутазы - это клеточная мембрана. После доставки сигнальный пептид этого белка скорее всего отщепляется, т.к. к 18-ой аминокислоте прикрепляются жирные кислоты, и в противном случае он будет мешать закреплению белка в плазмелеме.

Поиск ортологов в UniProt

Поиск ортологов должен осуществляться по полям "Организм" и "Название белка". Т.е. запрос должен выглядеть так (AND символизирует конъюнкцию):
organism:Bacillus AND name:"superoxide dismutase [Cu-Zn]" (195 записей)

Однако таким запросом не находится сам белок, к которому и ищем ортологов. Поэтому будем искать не по имени белка, а по классу супероксиддисмутазо-подобных белков:
organism:Bacillus AND family:"superoxide dismutase [Cu-Zn] (194 записи)

Так лучше. Но в результате запроса выдаются белки различной природы (происхождения). Поэтому имеет смысл ограничить запрос только белками, кодируемых в гене YojM:
organism:Bacillus AND family:"superoxide dismutase [Cu-Zn]" AND gene:yojM (11 записей)

Почти готово. Осталось разделить запрос на поиск по разным базам данных UniProt. Это легко осуществить добавлением поля reviewed (yes для Swiss-Prot, т.к. все данные просмотрены и проверены людьми; no для TrEMBL, т.к. записи формируются автоматически):

Swiss-Prot: (organism:Bacillus AND family:"superoxide dismutase [Cu-Zn]" AND gene:yojM) AND reviewed:yes (1 запись - исходный белок)

TrEMBL: (organism:Bacillus AND family:"superoxide dismutase [Cu-Zn]" AND gene:yojM) AND reviewed:no (10 записей)

Всё, все предполагаемые ортологи найдены!