Описание выбранного семейства белковых доменов

Для выполнения данной работы из базы Pfam было выбрано семейство белковых доменов, принадлежащее ABC-транспортёрам. Краткая характеристика семейства представлена в таблице 1.

ABC-транспортёры образуют одно из самых древних и больших семейств мембранных белков, встречающихся во всех основных таксонах, что видно из таблицы 1. Они ответственны за транслокацию различных соединений через биологические мембраны с использованием энергии гидролиза АТФ — активный транспорт [1].

Минимальная функциональная единица ABC-транспортёра состоит из четырёх основных доменов: двух трансмембранных и двух нуклеотид-связывающих, также называемых ABC-доменами [2]. Они могут быть организованы различным образом на уровне полипептидной цепи и у прокариот обычно кодируются отдельными полипептидами, а у эукариот сливаются в одну или две полипептидные цепи [3].

Поскольку в данном практикуме нас интересуют только ABC-домены, далее пойдёт их описание. Это цитоплазматические домены, которые связывают и гидролизуют АТФ, обеспечивая энергией транспортный процесс. Каждый такой домен состоит примерно из 200–220 аминокислотных остатков и содержит набор высококонсервативных мотивов [4]:

1. A-loop — консервативный ароматический аминокислотный остаток, стабилизирующий адениновое кольцо АТФ через π-π-взаимодействия.
2. P-loop — мотив, формирующий петлю, связывающую фосфаты, с высококонсервативным лизином.
3. Walker B — мотив, в котором аспартат координирует ион Mg²⁺, а следующий за ним глутамат действует как каталитическое основание.
4. D-loop — следует сразу за Walker B, участвует в формировании сайта гидролиза АТФ.

*Представлены не все, всего их 7

Трёхмерная структура ABC-домена имеет L-образную форму, состоящую из двух «плеч», содержащих определённые субдомены и мотивы. Именно такая организация позволяет при связывании АТФ двум мономерам ABC-домена димеризоваться в характерной конфигурации «голова-к-хвосту» (рисунок 1) и обеспечить кооперативность катализа [5].

Рисунок 1. Конфигурация димера «голова-к-хвосту» [5]

Описание выравнивания белковых доменов (seed)

Результаты анализа выравнивания белковых доменов обобщены в таблице 2. Проект Jalview с визуализацией выравнивания доступен по гиперссылке.

*Включает все последовательности
**Включающий не все последовательности
***Маловероятно, что выравнивание на этом участке отражает ход эволюции

Карта локального сходства (dotplot)

Для построения карты локального сходства были отобраны два белка, содержащие целевой домен, но различающиеся по доменной архитектуре (таблице 3).

Рисунок 2. Карта локального сходства двух последовательностей (dotplot)

На рисунке 2 представлена карта локального сходства двух последовательностей, которые мы упомянули ранее (таблица 3). Проанализировав полученный dotplot, можно сказать, что данные последовательности белков очень схожи, за исключением последнего участка с двумя разрывами, образовавшимися, по всей видимости, в результате вставки или делеции (рисунок 3).

Рисунок 3. Выравнивание двух последовательностей