Практикум 7. UniProt

1. Выбор белка

С помощью расширенного поиска в UniProt по организму Carboxydocella thermautotrophica я нашла несколько белков этой бактерии. Для анализа выбрала белок A0A2R4MWP3 — бифункциональный фермент GlmU, который показался мне наиболее интересным благодаря своей роли в синтезе клеточной стенки.

Почему он:

• Достаточно высокий уровень аннотации (Score 4/5) — есть информация о доменах, активных сайтах, предсказанная функция.
• Участвует в синтезе клеточной стенки — это жизненно важный процесс для бактерии.
• Бифункциональный: один белок выполняет две разные реакции (ацетилирование и уридилилирование). Мне стало интересно, как такое устроено у термофилов.
• Потенциальная мишень для антибиотиков — это добавляет практической значимости.

2. Информация о белке

Как получены данные

Текстовая запись скачана командой wget с UniProt. Из неё вручную извлечены значения для файла protein_info.txt: идентификаторы, таксономия, длина и молекулярная масса.

Перевод названия и классификация

Рекомендуемое название (RecName): бифункциональный белок GlmU.

Компоненты:

• УДФ-N-ацетилглюкозамин-пирофосфорилаза (UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase) — EC 2.7.7.23
• Глюкозамин-1-фосфат-N-ацетилтрансфераза (Glucosamine-1-phosphate N-acetyltransferase) — EC 2.3.1.157

Ген: glmU

Функция белка

GlmU катализирует две последовательные реакции в пути биосинтеза УДФ-N-ацетилглюкозамина (UDP-GlcNAc). Это вещество — ключевой предшественник пептидогликана, из которого строится клеточная стенка бактерий:

1. Ацетилтрансферазная реакция (C-концевой домен): перенос ацетильной группы с ацетил-КоА на глюкозамин-1-фосфат → образуется N-ацетилглюкозамин-1-фосфат.
2. Уридилилтрансферазная реакция (N-концевой домен): перенос уридиловой группы с УТФ на N-ацетилглюкозамин-1-фосфат → образуется UDP-GlcNAc.

Без этого белка бактерия не может строить клеточную стенку, поэтому он считается жизненно важным.

Основные характеристики

• Длина: 462 аминокислотных остатка.
• Молекулярная масса: 48 786 Да.
• Белок обнаружен у всех бактерий, но у термофилов есть особенности в аминокислотном составе (больше заряженных остатков для термостабильности).

3. Кластеры UniRef

Кластеры найдены через поиск UniRef на сайте UniProt (вкладка UniRef, запрос A0A2R4MWP3). Оказалось, что мой белок не является репрезентативным ни в одном из кластеров — репрезентативным выбран белок из Carboxydocella sporoproducens (A0A1T4QIC0), а для UniRef50 — белок из Carboxydothermus hydrogenoformans (Q3AFM0).

Что это значит:

• UniRef100 (2 белка): 100% идентичность только с одним другим видом — C. sporoproducens. Значит, последовательность GlmU у нашей бактерии уникальна.
• UniRef90 (3 белка): на уровне 90% идентичности добавляется ещё один вид Carboxydocella. Род небольшой, поэтому кластер маленький.
• UniRef50 (56 белков): на уровне 50% идентичности в кластер попадают белки из других родов термофильных бактерий: Carboxydothermus, Heliobacterium, Pelotomaculum. Это говорит о том, что GlmU — консервативный белок, сохраняющий общую структуру даже у довольно далёких родственников.

4. Поисковые запросы

Запрос 1: GlmU внутри рода Carboxydocella

gene:glmU AND taxonomy:"Carboxydocella"

Находок: 2

Зачем: проверить, сколько копий гена glmU у разных видов рода. Оказалось, что у каждого вида по одному белку, то есть ген присутствует в единственной копии. Это ожидаемо для жизненно важного фермента.

Запрос 2: GlmU у термофилов

gene:glmU AND taxonomy:"Thermophilic bacteria"

Находок: 37

Зачем: понять, насколько GlmU распространён среди термофилов. Оказалось, что довольно широко — белок найден у 37 видов из разных групп. Значит, путь синтеза UDP-GlcNAc работает и при высоких температурах без принципиальных изменений.

Запрос 3: Экспериментальные данные по мутагенезу

gene:glmU AND annotation:(type:mutagenesis)

Находок: 8

Зачем: узнать, изучали ли GlmU экспериментально. Нашлось 8 записей, где проводили мутагенез активных остатков. В основном это работы на Escherichia coli и Mycobacterium tuberculosis. Для нашего белка таких данных нет — он аннотирован только по гомологии. Это показывает, что термофильная версия GlmU пока не привлекала внимания экспериментаторов, и здесь есть простор для исследований.