Мембранные белки
Анализ множественного выравнивания
В данной работе рассматривались гомологи белка калиевого канала (PDB:4xdj, цепь Б) из организма человека.
Для начала с помощью алгоритма PSI-BLAST было получено 20 гомологов (7 из эукариот, 6 из бактерий, 7 из архей). Поиск осуществлялся по отдельным доменам (Bacteria, Archaea, Eukaryotes) и не включал белки типа Chordata. Было произведено несколько интераций. Из полученных белков были выбраны те, которые принадлежат далёким систематическим группам, покрывают исходный белок не менее, чем на 50%, а также их e-value были меньше 1e-5.
Далее по алгоритму Muscle было построено выравнивание выбранных гомологов и изначального белка (см. рисунок 1). Проект JalView с выравниванием можно загрузить отсюда.
Рисунок 1. Множественное выравнивание 20 гомологов белка 4xdj.
Красным цветом выделены гидрофобные аимнокислоты, синим — гидрофильные. В рамочке находится самый консервативный участок выравнивания.
Выравнивание получено с помощью Muscle, изображение в программе JalView. Окрашивание по гидрофобности, Conservation 15%.
В полученном выравнивании присутствует множество гэпов, а также участков, которые совсем плохо выравнены. Фактически есть только один достаточно консервативный участок (1088-1104).
Следующей задачей было рассмотреть вторичные трансмембранные структуры. На основе данных из OPM были выделены трансмембранные элементы исходного белка калиевого канала (рисунок 2а). Они также отмечены в выравнивании в графе "ТМ_REAL" буквой "М".
Если сравнить рисунки 2а и 2б, то легко заметить, что трансмембранные элементы (тёмно-зелёный и синий) содержат множество гидрофобных аминокислот (красный цвет): фенилаланин, валин, аланин, изолейцин, лейцин. Аналогичный вывод можно сделать, исходя из выравнивания. Также видно, что в спиралях, проникающих в мембрану, присутствуют ещё и полярные аминокислоты (тирозин, серин, треонин, глицин), и заряженные (аргинин, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота). Возможно они как-то участвуют в переносе ионов калия. В самом консервативном участке, который находится между трансмембранными спиралями, преобладают полярные аминокислоты.
Рисунок 2. Графическое изображение белка 4xdj.
a) Синим и тёмно-зелёным цветом выделены трансмембранные элементы. б)Белок окрашен по гидрофобности. Одна цепь соответствует общей окраске, вторая основана на консервативности в выравнивании.
Сверху находится цитоплазматическое (n-сторона мембраны), внизу — периплазматическое пространство (p-сторона).
Рисунок получен с помощью Jmol.
Далее трансмембранные элементы были предсказаны для одного из гомологов с помощью программы TMHMM. Результат, выданный программой, представлен на рисунке 3. В выравнивании эти предсказания отмечены буквой "М" в строке "ТМ_PREDICTED" (рисунок 1).
Рисунок 3. Предсказание трансмембранных элементов в белке-гомологе из организма Trichuris trichiura.
Рисунок получен с помощью сервиса TMHMM. Последовательность белка можно загрузить отсюда.
Из рисунка 1 видно, что в основном предсказанные данные накладываются на "реальные". При этом предсказано на 2 трансмембранные спирали больше. Одна из них как раз попадает на особо консервативный участок, что занятно.