Warum ist dieses Wissen wichtig? Wir wollen den Swiss-PdbViewer nutzen, um den prinzipiellen Aufbau von Membranproteinen kennenzulernen. Hierfür werden wir weitere Funktionen des Viewers nutzen.
Bezug Diese Übungen ergänzen das Kapitel 21 "Analyse integraler Membranproteine".
 

Lernziel
Nach dem Durcharbeiten des Übungen sollten sie 
  • weitere Befehle des Viewers kennen,
  • den prinzipiellen Aufbau von Membranproteinen verstanden

haben.
   
Übung MembProt_1, Helixbündel untersuchen
Datensatz in Viewer laden Pathogene E. coli Stämme besitzen einen Arginin-abhängigen Antiporter, der intrazelluläre Protonen ausstößt. Dessen Struktur wurde gelöst und in der PDB deponiert. Besorgen Sie sich den PDB-Datensatz 3H6B.

Laden Sie ihn in den Viewer und betrachten Sie zunächst die Struktur.
Der Antiporter liegt in der Membran als Homodimer vor.
Darstellung der Kette A Der Datensatz enthält insgesamt vier Ketten.
Wir betrachten zunächst ein einzelnes Protein, genauer die Kette A.

Lassen Sie sich das Protein in Ribbon-Darstellung anzeigen.
 
Welche Sekundärstrukturelemente erkennen Sie? Wie viele sind es?
  Sie wissen aus Kapitel 1, dass in den Sekundärstrukturelementen von Proteinen bestimmte Kombinationen von Phi- und Psi-Winkeln gehäuft vorkommen und manche "verboten" sind.
Studieren Sie die Verteilung dieser Winkel im untersuchten Protein.
Verteilung der PHI- und PSI-Winkel untersuchen Wählen Sie Wind/Ramachandran Plot und vergleichen Sie die Verteilung der Winkelkombinationen für Residuen aus 2D-Elementen und aus Schleifen. Die Farbcodierung der Einträge erlaubt, diese zu unterscheiden.

Stimmen die Beobachtungen mit Ihren Erwartungen überein?

Die Topologie von Helix-Bündeln, zu denen dieses Protein gehört, zeigt einige Auffälligkeiten:

In den Bereichen, die in der Membran verborgen sind, werden üblicherweise viele hydrophobe Aminosäuren gefunden.

Wir wollen überprüfen, ob dies für das untersuchte Protein gilt. Dafür lassen wir uns die Oberfläche des Protein berechnen und färben sie anschließend geeignet ein.

Benutzen Sie  Tools/Compute Molecular Surface und färben Sie die Oberfläche nun mit Color/Act on Surface und Color/Custom Scale/hydrophobic ein.

Um exklusiv die Oberfläche der Kette A zu sehen wählen Sie im Control Panel mithilfe des Pfeils unter ::v molecular. Benutzen Sie nun Select/All um die Oberflächendarstellung mit ::m - auszuschalten und aktivieren Sie dann die Darstellung für die Kette A.
 
Wie ist die Verteilung der hydrophoben Aminosäuren, die in Blautönen eingefärbt sind?
  Es sollte ein Anreicherung im Membran-durchspannenden Teil zu erkennen sein.
Struktur des Homo-Dimers darstellen Das Protein liegt in vivo als Homodimer vor. Der Datensatz enthält vier Ketten, so dass nicht klar ist, welche Proteine das Dimer bilden.
Hier hilft der pdb-Sum Eintrag weiter. Geben Sie den pdb-Code ein und werten Sie dann die Seite aus, die Sie per Reiter Prot-prot erreichen.

Benutzen Sie für Ihre Entscheidung die Werte aus der Tabelle Interface statistics.
 
Welche Kettenkonformation ist vermutlich die richtige?
  Lassen Sie sich diese beiden Proteine darstellen und betrachten Sie die Konformation
   
Übung MembProt_2, Beta-Fass untersuchen
  Der Transporter FadL von E. coli transportiert hyodrophobe Substanzen durch die äußere Membran und hat den typischen Aufbau eines beta-Fasses.
  Besorgen Sie sich den Datensatz 2R4P und stellen Sie ihn mit dem Swiss-PdbViewer dar.
  Verwenden Sie hierzu die bisher eingeführten Befehle.
   

Was Sie jetzt verstanden haben sollten

 Sequenzanalyseverfahren, die für globuläre Proteine entwickelt wurden, sind aufgrund der unterschiedlichen Komposition der Membranproteine häufig nicht geeignet. Hierfür wurden spezielle Verfahren entwickelt, die im Kapitel 21 vorgestellt werden.

Membranproteine besitzen eine spezielle Topologie. Mithilfe der bisher eingeführten Befehle sind Sie in der Lage, Proteinstrukturen darzustellen und zu charakterisieren.