Практикум 7

Задание 1. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в бета-листовом белке

Название: Рецептор поглощения гидроксамата железа (Ferric hydroxamate uptake receptor FhuA)
Индификатор PDB:1qfg
Индификатор Uniprot:FHUA_ECOLI
Организм из которого был взят белок: Escherichia coli
Локализация:Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий
Функции: служит рецептором для фагов T5, φ80 и T1
является рецептором для колицина M (*белок с антибактериальной активностью, убивает другие бактерии того же или близких видов)

Рис.1.Структура белка FHUA_ECOLI с сайта OPM. Жёлтые стрелки - β-слои, красные спирали - α-спирали, зелёные петли - петлевые участки белка, фиолетовые цепи - лиганды, красные точки - наружный слой мембраны, синие - внутренний слой липидного бислоя мембраны.

Координаты трансмембранных участков белка

A - Tilt: 1 - TM segments: 1(161-170), 2(173-182), 3(191-199), 4(212-221), 5(228-236), 6(280-288), 7(294-303), 8(355-365), 9(372-380), 10(443-453), 11(456-465), 12(487-497), 13(501-509), 14(531-540), 15(545-552), 16(580-589), 17(593-601),18(624-633), 19(641-649), 20(668-676), 21(685-692), 22(716-724)

DeepTMHMM

Для запуска белка в DeepTMHMM была взята его аминокислотная последовательность из PDB. Так как для предсказания в OPM используется зрелый белок, в котором нет сигнального пептида, то для предсказания DeepTMHMM будет логично взять ту же последовательность без сигнального пептида. Ее можно найти по ссылке:
  • последовательность 1QFG
    • Рис.2.Результат запуска программы DeepTMHMM по последовательности белка 1qfg. По горизонтальным осям отложены позиции аминокислот белка. По вертикальным - вероятность существования предсказанного положения аминокислоты в некоторой позиции. Разным цветом обозначают разные положения: красный - в мембране, голубой - вне клетки, зеленый - в периплазме, оранжевый - сигнальная последовательность. В верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий.
  • Ссылка на предсказанную топологию белка.

    • Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-лисов:
    Unnamed Beta sheet 162 168
    Unnamed Beta sheet 174 181
    Unnamed Beta sheet 192 199
    Unnamed Beta sheet 213 221
    Unnamed Beta sheet 229 236
    Unnamed Beta sheet 280 288
    Unnamed Beta sheet 296 303
    Unnamed Beta sheet 355 363
    Unnamed Beta sheet 373 380
    Unnamed Beta sheet 444 451
    Unnamed Beta sheet 456 463
    Unnamed Beta sheet 489 497
    Unnamed Beta sheet 501 508
    Unnamed Beta sheet 532 539
    Unnamed Beta sheet 545 552
    Unnamed Beta sheet 581 587
    Unnamed Beta sheet 593 600
    Unnamed Beta sheet 625 631
    Unnamed Beta sheet 641 648
    Unnamed Beta sheet 669 675
    Unnamed Beta sheet 685 692
    Unnamed Beta sheet 717 723

    Все предсказания DeepTMHMM, судя по нижнему графику, имеют высокую вероятность. Если сравнить предсказания OPM и DeepTMHMM, можно заметить, что обе программы предсказали по 22 β-листа (трансмембранных структур), 3 участка совпадают полностью (выделены зеленым), остальные участки сдвинуты на 1-2 а.к.о.
    Вероятно, это происходит в силу различий в алгоритмах программ. DeepTMHMM анализирует только аминокислотную последовательность, а OPM учитывает трехмерную структуру белка, взятую из PDB. Поэтому неточное педсказание структуры может оказывать влияние на точность предсказания топологии.

    Задание 2. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в альфа-спиральном белке.

    Название: UDP-N-ацетилглюкозамин-долихил-фосфат N-ацетилглюкозаминфосфотрансфераза (UDP-N-acetylglucosamine--dolichyl-phosphate N-acetylglucosaminephosphotransferase)
    Индификатор PDB:6bw6
    Индификатор Uniprot:GPT_HUMAN
    Организм из которого был взят белок: Homo sapiens
    Локализация:Мембрана эндоплазматического ретикулума
    Функции:Катализирует первый этап биосинтеза долихол-связанных олигосахаридов - предшественников гликанов, используемых при N-гликозилировании белков.

    Рис.3.Структура белка GPT_HUMAN с сайта OPM.

    У данного белка 2 субъединицы, но цепь одна, координаты субъединиц A и B на сайте OPM совпадают:

    A - Tilt: 6 - TM segments: 1( 10- 29), 2( 58- 78), 3( 95- 116), 4( 122- 140), 5( 167- 187), 6( 193- 212), 7( 220- 243), 8( 252- 269), 9( 272- 293),10( 380- 397)

    Для запуска белка в DeepTMHMM была взята его аминокислотная последовательность из Uniprot. Ее можно найти по ссылке:

  • последовательность GPT_HUMAN
    • Рис.4.Результат запуска программы DeepTMHMM по последовательности белка GPT_HUMAN. На верхней части схематически нарисовано, как белок располагается относительно мембраны. На нижней части отображена вероятность нахождения белка снаружи и внутри мембраны или непосредственно внутри нее.
  • Ссылка на предсказанную топологию белка.

    • Обе программы предсказали по 10 трасмембранных структур. Координаты одной из них полностью совпадают, остальные незначительно отличаются (разница 1-2 а.к.о.) Такие небольшие различия в координатах структур могут объясняться постепенным переход от гидрофобной к гидрофильной среде, кроме того, белки могут иметь некоторую подвижность в мембране, что также может обосновать нечеткость границ.

    Задание 3. TCDB.

    Первый белок с AC P06971 имеет ТС-код TC #2.A.42.2.1, где
    2 - класс: Транспортеры, управляемые электрохимическим потенциалом
    А - Портеры (унипортеры, симпортеры, антипортеры)
    транспортные системы включены в этот подкласс, если они используют процесс, опосредованный переносчиком, для катализа процессов унипорта (один вид переносится либо путем облегченной диффузии, либо в процессе, зависящем от мембранного потенциала, если растворитель заряжен), антипорта (два или более видов переносятся в противоположных направлениях в тесно связанном процессе, не связанном с прямой формой энергии, отличной от хемиосмотической энергии) и/или симпорта (два или более видов переносятся вместе в одном направлении в тесно связанном процессе, не связанном с прямой формой энергии, отличной от хемиосмотической энергии).
    42 - Семейство гидрокси/ароматических аминокислотных пермеаз (HAAAP)
    Семейство HAAAP включает три хорошо изученные ароматические аминокислоты: H+ симпортные пермеазы E. coli: высокоаффинную триптофан-специфическую пермеазу Mtr, низкоаффинную триптофан-пермеазу TnaB и тирозин-специфическую пермеазу TyrP, а также две хорошо изученные гидрокси-аминокислотные пермеазы - серин-пермеазу SdaC E. coli и треонин-пермеазу TdcC E. coli. Кроме того, в состав белка входит цистеиновая пермеаза CyuP (YhaO). Эти белки содержат 403-443 аминоацильных остатка и имеют одиннадцать предполагаемых или установленных ТМС. Все они участвуют в поглощении аминокислот. Гомологи присутствуют у большого числа грамотрицательных и грамположительных бактерий.
    2 - Суперсемейство SdaC
    Бактериальные транспортеры, связанные с переносом нуклеозидов или нуклеотидов.
    1 - индивидуальнот для данного белка
    Второй белок с АС Q9H3H5 в базе данных TCDB отсутствует.