Транспортные белки.

Построение парного выравнивания исследуемого белка и заданного прототипа

Исходный белок - Q4SFK5 из Tetraodon nigroviridis (Green puffer), длина белка -299 а.к.о.
Белок-гомолог - P02722 из Bos taurus (Bovine), длина белка -298 а.к.о; PDB ID- 1OKC, длина белка -297 а.к.о

Построение парного выравнивания было произведено при помощи программы needle с параметрами Gap opening penalty - 11,Gap extension penalty - 1:
needle tetraodon.fasta homol.fasta tetra-homol.msf -aformat msf

В результате было получено выравнивание исследуемого белка с его гомологом (примечание: последовательности белка-гомолога из uniprot и pdb различаются только на один аминокислотный остаток - первый Met, которого нет в последовательности белка из pdb)
Выравнивание исследуемого белка Q4SFK5 и его гомолога P02722
Характеристики данного выравнивания: длина выравнивания - 300, identity - 89,6 % (31/300).
Таким образом, можно сделать вывод, что последовательности белков практически не отличаются.

Разметка мембранных сегментов на выравнивании.

По идентификатору PDB белка-прототипа было найдено описание его ориентации в мембране при базы данных OPM(Orientations of Proteins in Membranes database).
Описание ориентации белка 1ОКС.

Данный белок является трансмембранным.

Расположение белка-гомолога относительно мембраны.

Разметка выравнивания согласно OPM.
Розовым цветом выделены позиции мембранных сегментов ("Н"), голубым - позиции цитоплазматических петель ("+"), остальные - знаком "-".
Как видно из выравнивания, программа OPM находит 6 трансмембранных участков в белке-гомологе и 3 цитоплазматические петли.
Примечание:разметка дана по последовательности белка-гомолога из PDB (последовательность короче последовательности белка-омолога из Uniprot на 1 аминокислоту.

Предсказание топологии заданного белка с помощью программы (TMHMM)

Страница с результатом предсказания.
Разметка выравнивания дана в этом случае относительно исследуемого белка. Розовым цветом выделены позиции мембранных сегментов ("Н"), голубым - позиции цитоплазматических петель ("+"), остальные - знаком "-".
Разметка выравнивания согласно TMHMM.
Согласно данному выравниванию в исходном белке было найдено 2 трансмембранных и 2 цитоплазматических участка, что отличается от выдачи предсказания программой OPM для белка-гомолога.

Оценка качества предсказания

Результаты предсказания топологии мембранного белка Q4SFK5 из Tetraodon nigroviridis.

	Число а.к. остатков
Всего а.к. остатков	299
Остатки, предсказанные как локализованные в мембране (всего)	46
Правильно предсказали (true positives, TP)	42
Предсказали не то, что нужно (а.о. предсказаны как мембранные, а по данным ОРМ таковыми не являются, false positives, FP)	4
Правильно не предсказали ( не предсказаны, и по данным ОРМ не находятся в мембране, true negatives, TN)	136
Не предсказали то, что нужно (остатки по данным ОРМ находятся в мембране, false negatives, FN)	102
Чувствительность (sensivity) = TP / (TP+FN)	0.296
Специфичность (specificity) = TN / (TN+FP)	0.96
Точность (precision) = TP / (TP+FP)	0.91
Сверхпредсказание = FP/ (FP+TP)	0.086
Недопредсказание = FN / (TN+FN)	0.428

Сервисом TMHMM было предсказано всего 2 мембранные стуктуры из 6,определенных OPM. Эти две структуры были определены с высокой точностью и специфичностью. Однако чувствительность метода в данном случае очень низкая,не было определено свыше половины структур,что говорит о плохом предсказании в этом случае.

Дополнительные упражнения

1. Проверка правила фон Хейне относительно структур белка-прототипа (по данным ОРМ) и его топологии, предсказанной ТMHMM.

Согласно этому правилу петли, обращенные в сторону цитоплазмы, содержат больше остатков аргинина и лизина.

Остатки лизина и аргинина на парном выравнивании белков обозначены красным цветом.
Для белка-гомолога из 38 остатков лизина и аргинина в цитоплазме 18, то есть примерно 46.1%, правило не выполняется.
Для исслдеуемого белка из 39 остатков лизина и аргинина в цитоплазме 22, то есть примерно 56.4%, это чуть больше половины.Можно заключить,что правило фон Хейне выполняется.

2. Предсказание топологии заданного мембранного белка на основе его профиля гидрофобности.

Построение профиля гидрофобности для аминокислотной последовательности изучаемого белка при помощи команды pepwindow и Excel:

pepwindow -graph data -length 19 pepwindow

Профиль гидропатичности белка.
Примечание: на рисунке в прямоугольниках отмечены участки,в которых пики со средним значением гидропатичности более 1.7.
Профиль идропатичности в Excel.