Ралдугина Василиса

Студентка Факультета биоинженерии и биоинформатики

МГУ имени М.В. Ломоносова

Обо мне

Главная

Сайт ФББ МГУ

Мембранные белки

База данных OPM

Для выполнения задания я выбрала белок 5Y79 - триозофосфатный / фосфатный транслокатор в комплексе с 3-фосфоглицератом из организма Galdieria sulphuraria (Рис. 1).

Белок был найден в базе данных OPM (Orientation of Proteins in the Membrane), которая содержит предсказания о положении белков относительно мембраны.

Затем с помощью поиска по уровням классификации было необходимо найти любой белок, в трансмембранной части которого находятся бета-листы и описать оба белка по заданным параметрам.
В качестве белка с бета-листами был выбран 3EMN - белок 1 потенциал-зависимого анион-селективного канала (Mus musculus).

В таблице ниже приведены описания белков, а также изображения их расположения по отношению к мембране. Красным цветом показана внешняя часть мембраны, а синим - внутренняя.

Рис. 1. Структура белка 3EMN
Рис. 1. Структура белка 5Y79
Белок 5Y793EMN
НазваниеTriose phosphate translocator VDAC-1 channel
КлассификацияТип: 1. Трансмембранный
Класс: Альфа-спиральный политопный
Суперсемейство: Drug/Metabolite Transporter (DMT)
Семейство: Triose-phosphate transporter
Тип: 1. Трансмембранный
Класс: 1.3. Бета-бочонковый трансмембранный
Суперсемейство: Mitochondrial and plastid porins (n=19,S=20)
Семейство: Voltage-dependent anion channel (VDAC) porin
Толщина гиброфобной
части мембраны
30.2 ± 1.4 23.4 ± 1.1
Трансмембранные спирали/
бета-тяжи (а.о.)
Subunits: 2
A : 1( 107- 128), 2( 137- 158), 3( 171- 195), 4( 197- 214), 5( 225- 244), 6( 250- 270), 7( 284- 307), 8( 326- 347), 9( 352- 374),10( 380- 400)
B: 1( 107- 128), 2( 137- 158), 3( 171- 195), 4( 197- 214), 5( 225- 244), 6( 250- 270), 7( 284- 307), 8( 326- 347), 9( 352- 374),10( 380- 400)
Subunits: 1
X : 1(26-34),2(38-47),3(55-64),4(69-76),5(80-88),6(94-103),7(111-120),8(122-131),9(137-146),10(149-156),11(166-174),12(178-185),
13(190-197), 14(202-210),15(218-226),16(231-238),17(242-250),18(255-263),19(274-282)
Среднее количество
остатков в одной спирали/тяже
20-218
Мембрана локализацииВнутренняя мембрана хлоропласта Внешняя мембрана митохондрии
Изображение

Анализ предсказания трансмембранных спиралей

В данном задании было необходимо оценить корректность работы сервисов TMHMM и Phobius, предназанченнных для предсказания трансмембранных участков белков. Для этого оба сервиса были запущены для белка 5Y79 (цепь А), и полученные результаты были сохранены в текстовом и графическом видах.

На рисунках ниже представлена выдача программы Phobius. В текстовом формате установлена следующая система обозначений: TMhelix - трансмембранная часть белка, inside - часть белка, обращенная в цитоплазму, outside - часть белка, обращенная наружу.

Графическое представление отражает вероятности того, что та или иная часть белка находится в определенном взаимоотношении с мембраной. На оси Y отображены соответсвующие вероятности, а на оси Х - аминокислотные остатки белка. Красным цветом показаны предполагаемые трансмембранные части, розовым - части, обращеннные наружу, синим - части, обращенные внутрь.

Первая строчка текстового формата несет всебе информацию об имени и длине последовательности, вторая строчка - о количестве предсказанных трансмембранных альфа-спиралей, их у нас 9. Третья строчка говорит о предполагаемом количестве аминокислотных остатков, входящих в среднем в состав альфа-спирали. Четвертая строчка - ожидаемое количество аминокислотных остатков, входящих в состав трансмембранной альфа-спирали, из первых 60 аминокислот. В данном случае это число большое, из чего можно сделать вывод, что N-конец является лидерным пептидом или какой-либо сигнальной последовательностью. Пятая строчка содержит инфрмацию о полной вероятности того, что N-конец белка расположен на внутренней стороне мембраны. Последующие строки сообщают о номерах аминокислотных остатков, располагающихся с наружной/внутренней стороны мембраны или непосредственно внутри.

Для нашего белка TMHMM предсказал 9 трансмембранных частей, 5 наружных и 5 внутренних. На деле же трансмембранных частей 10, т.е. программа предсказала на одну чать меньше. Кроме того координаты "верно" предсказанных трансмембранных спиралей совпадают с настоящими лишь приблизительно.

Выдача программы TMHMM для белка 5Y79 в текстовом виде Выдача программы TMHMM для белка 5Y79 в графическом виде

Рассмотрим теперь выдачу Phobius. В тестовом формате заданы следующие обозначения: TRANSMEM - трансмембранная часть, CYTOPLASMIC - часть белка, обращенная в цитоплазму, NON CYTOPLASMIC - часть белка, обращенная наружу. Интересующие нас участки находятся в полях TRANSMEM. В графическом формате все аналогично предыдущей программе с некоторым изменением цветовой схемы: серый - трансмембранная часть белка, зеленый - цитоплазматическая, синий - наружняя.

Как и TMHMM, Phobius предсказал 9 трансмембранных спиралей, при наличии 10. "Верные" спирали вновь имеют не совсем правильные координаты примерно с такой же погрешностью.
Выдача программы Phobius для белка 5Y79 в текстовом виде Выдача программы Phobius для белка 5Y79 в графическом виде

Таким образом, для исследуемого белка обе программы сработали одинаково плохо. Оба сервиса предсказали на одну трансмембранную часть меньше, чем указано в БД OPM и вычислили неточные границы.

База данных TCBD

В следующем задании было необходимо найти описания исследуемых белков в базе данных TCBD (Transporter Classification Database). Эта база предоставляет детальную классификацию мембранных транспортных белков, объединяя в себе функциональные и филогенетические данные. В ней представлена информация для более чем 600 семейств транспортных белков. Транспортные системы классифицируются на основе 5 критериев, каждому из которых соответсвует один из 5 символов TC-кода.

В норме TC-код состоит из 5 компонентов: V.W.X.Y.Z. V (число) указывает на класс транспортера (например канал, первичный активный транспортер и т. п.), W (буква) указывает на подкласс, X (число) - на семейство, Y (число) - на подсемейство, а Z соответсвует собственно транспортеру со специфическими субстратами.

Белок 5Y79 в этой базе данных не представлен, но там есть информация по второму белку, 3EMN.

3EMN имеет следующий TC-код: 11.B.8.1.3.

Расшифровка:

  • 1: Класс каналы/поры (Channels/Pores)
  • 1.B: Подкласс бета-бочонковые порины
  • 1.B.8.1.3: The mitochondrial and plastid porin (mpp) family


В базе данных приводится подробное описание всех крупных систематических групп до семейства включительно. Белок 3EMN - зависимый от потенциала анион-селективный канал 1 (VDAC-1) представляет собой бета-бочковый белок, который у человека кодируется геном VDAC1, расположенным на хромосоме 5. Он формирует ионный канал во внешней митохондриальной мембране, а также во внешней клеточной мембране. В митохондриях это позволяет АТФ диффундировать в цитоплазму. В клеточной мембране он участвует в регуляции объема. Внутри всех эукариотических клеток митохондрии ответственны за синтез АТФ среди других метаболитов, необходимых для выживания клеток. Следовательно, VDAC1 обеспечивает связь между митохондриями и клеткой, обеспечивая баланс между метаболизмом клеток их гибелью. Помимо метаболического проникновения, VDAC1 также действует как каркас для белков, таких как гексокиназа, которые в свою очередь могут регулировать метаболизм. VDAC1 может быть вовлечен в рак и болезнь Альцгеймера. Димеризация VDAC играет роль в митохондриальной метаболической регуляции и апоптозе в ответ на подкисление цитозолей во время клеточного стресса, и участвует. Ингибирование гиперэкспрессии VDAC1 и вставки плазматической мембраны в бета-клетки сохраняет секрецию инсулина при диабете.

Семейство поринов пластид и митохондрий (The Mitochondrial and Plastid Porin (MPP) Family)
Порины семейства MPP обнаружены в эукариотических органеллах (митохондрии многих эукариот, а также хлоропласты и пластиды растений). Лучше всего охарактеризованы представители семейства MPP - потенциал-зависимые порины анион-селективного канала (VDAC) в наружной мембране митохондрий. Эти порины имеют расчетный диаметр канала 2,5-3 нм. Было отмечено чрезмерное окисление цистеинов и сукцинилирование цистеинов в VDAC. VDACs играют роль в формировании переходной поры проницаемости митохондрий (PTP), что важно для гомеостаза Ca2 + и запрограммированной клеточной гибели. PTP запускается притоком Ca2 + в митохондрии, а VDAC проницаем для Ca2 +. Он также регулируется различными соединениями, такими как глутамат, НАДН и нуклеотиды. VDAC имеет два сайта связывания нуклеотидов.

© Raldugina Vasilisa 2016