Учебный сайт Сергея Пушкарева

Навигация по сайту:

Трансмембранные белки

1. База данных OPM

Белок с трансмембранными α-спиралями

Будем описывать транслоказу белков Sec. Этот комплекс связывается с рибосомой (такие структуры тоже есть в OPM) и протаскивает новосинтезированный белок из цитоплазмы в ЭПР (у эукариот) или через цитоплазматическую мембрану (у прокариот).

Таблица 1. Характеристики рассматриваемой структуры Sec (PDBID: 6nd1).
Параметр Значение
Толщина гидрофобной части белка в мембране 28.6 ± 0.8 Å
Координаты трансмембранных спиралей A: 1( 88- 107), 2( 222- 239)
B: 1( 36- 48), 2( 77- 91), 3( 117- 136), 4( 147- 168), 5( 180- 197), 6( 244- 261), 7( 291- 309), 8( 358- 380), 9( 423- 439),10( 445- 455)
C: 1( 54- 76)
D: 1( 56- 74)
E: 1( 31- 48)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали белка 18
Мембрана ЭПР(эукариоты), ЦПМ(прокариоты)
Рисунок 1. Расположение Sec в мембране: сверху наружняя сторона, снизу — внутриклеточная (если мы говорим о прокариотах).

Белок с трансмембранными β-листами

Рассмотрим PagP — ацилазу липида А , важного компонента липополисахаридов грамотрицательных бактерий. В мембране у нее β-бочонок из восьми листов.

Таблица 2. Характеристики PagP (PDBID: 3gp6).
Параметр Значение
Толщина гидрофобной части белка в мембране 24.7 ± 1.5 Å
Координаты трансмембранных листков A: 1(22-30),2(53-58),3(65-74),4(81-94),5(101-114),6(121-133),7(136-144),8(153-161)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали белка 11
Мембрана Наружняя мембрана грамотрицательных бактерий
Рисунок 2. Расположение PagP в мембране: сверху внеклеточное пространство, снизу — периплазма.

2. Анализ предсказания трансмембранных спиралей

Возьмем для анализа субъединицу А из комплекса Sec — белок Sec63. Сравним то, как работают два пресказателя трансмембранных спиралей: TMHMM и Phobius.

TMHMM

Подробный текстовый вывод (Extensive, no graphics):

# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Length: 677
# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Number of predicted TMHs:  3
# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number of AAs in TMHs: 65.9381300000000001
# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number, first 60 AAs:  22.44151
# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Total prob of N-in:        0.71814
# 6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE POSSIBLE N-term signal sequence
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	     1    12
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	    13    35
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	    36    87
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	    88   107
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	   108   221
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   222   244
6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	   245   677
Рисунок 3. Графический вывод TMHMM.

Расшифровка картинки: по оси ОХ отложена последовательность белка, по оси ОУ — вероятность предсказания. Для каждой возможной локализации аминокислоты соотвествующим цветом построен график вероятности, с которой она находится либо в трансмембранной спирали, либо в части белка с наружней стороны мембраны, либо с внутренней стороны мембраны. Выше единицы, в верхней части графика толстыми линиями отложено решение программы (для каждой аминокислоты просто наиболее вероятное предсказание). Цвета: красный — трансмембранная спираль, сиреневый — наружняя сторона мембраны, синий — внутренняя.

Phobius

Подробный текстовый вывод (Long without Graphics):

ID   6ND1:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE
FT   TOPO_DOM      1     13       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM     14     32       
FT   TOPO_DOM     33     92       CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM     93    110       
FT   TOPO_DOM    111    218       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    219    239       
FT   TOPO_DOM    240    677       CYTOPLASMIC.
//
Рисунок 4. Графический вывод Phobius.

Расшифровка картинки: по оси ОХ отложена последовательность белка, по оси ОУ — вероятность предсказания. Для каждой возможной локализации аминокислоты соотвествующим цветом построен график вероятности, с которой она находится либо в трансмембранной спирали, либо в части белка с наружней стороны мембраны, либо с внутренней стороны мембраны. Ниже нуля, под графиком в виде прямоугольников отложено решение программы (для каждой аминокислоты просто наиболее вероятное предсказание). Цвета: серый — трансмембранная спираль, синий — наружняя сторона мембраны, зеленый — внутренняя, красный — сигнальная последовательность.

Сравнение вывода программ и реальности

Данные по предсказаным спиралям собраны в таблице 3:

Таблица 3. Сравнение данных расположения трансмембранных спиралей из OPM, TMHMM и Phobius.
Номер спирали OPM TMHMM Phobius
1 ??? 13-35 14-32
2 88-107 88-107 93-110
3 222-239 222-244 219-239

Из таблицы 3 видно, что TMHMM и Phobius неплохо справляются со своей задачей, иногда даже точно определяя координаты трансмембранных спиралей, при этому никогда друг с другом не соглашаясь (получились везде чуть-чуть разные спирали). Любопытно то, что был предсказан еще один трансмембранный регион, который в OPM не указан. Он скорее всего там действительно есть (в структуре присутствуют "огрызки" этой спирали, по которым это можно понять), но из-за качества структуры OPM его просто не указал. Такое вот торжество биоинформатического подхода над экспериментальным.

3. База данных TCDB

Sec63

Из комплекса Sec снова возьмем только цепь А (белок Sec63). Местный вариант BLAST-a сразу нашел белок (Е-value = 0). Код TC: 3.A.5.8.1.

Расшифровка кода:

  • 3 — Транспортеры использующие химическую, электрическую или световую энергию.
  • 3.A — Транспортеры, гидролизующие пирофосфат.
  • 3.A.5 — Семейство белков общего выделительного пути (Sec).
  • 3.A.5.8.1 — Комплекс общего выделительного пути Sec-SRP.

PagP

Так как PagP не транспортер, вряд ли он будет в БД транспортеров. Текстовый поиск не дал результатов, местный вариант BLAST-a дал только одну находку с Е-value 0.6 и маленьким покрытием. Её тоже можно проигнорировать.

© Пушкарев Сергей, 2019