Работа с KEGG PATHWAY

Извлечение информации о ферментативной активности из БД ENZYME

Для выполнения задания был выбран биохимический путь - метаболизм пуринов. Карта пути приведена ниже.

Рис. 1. Карта биохимического пути - метаболизма пуринов.

Биосинтез пуринового ядра de novo осуществляется эволюционно консервативным метаболическим путём (с небольшими различиями у эволюционно отдалённых групп). Построение пуринового ядра начинается и полностью протекает на рибозо-5-фосфате (промежуточные соединения — риботиды), в результате чего сразу образуются нуклеотиды (нуклеозид-5′-фосфаты), а не свободные азотистые основания. Материалом служат очень простые, хорошо доступные соединения; построение пуринового ядра носит характер последовательной сборки; все реакции носят ферментативный характер. На определённом этапе возникает общий предшественник (нуклеотид IMP), из которого образуются другие пуриновые нуклеотиды.

Рис. 2. Биосинтез IMP. Источник: Wikipedia.

овообразование пуриновых нуклеотидов протекает в цитозоле большинства клеток организма. Однако не все клетки и ткани организма одинаково способны к биосинтезу de novo пуринов — эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты и частично мозг неспособны к новообразованию пуринов, и их потребности в пуринах обеспечиваются, в основном, за счёт синтеза в клетках печени. Аденин дезаминируется в гипоксантин, гуанин — в ксантин. Гипоксантин окисляется в ксантин. Ксантин окисляется в мочевую кислоту (урат). Мочевая кислота в результате окислительного расщепления пиримидинового цикла превращается в аллантоин. В результате дальнейшего гидролитического расщепления имидазольного цикла из (S)-аллантоина образуется аллантоиновая кислота (аллантоевая кислота, аллантоат). В результате дальнейшего последовательного гидролитического отщепления двух молекул мочевины в качестве конечного продукта уриколиза образуется глиоксиловая кислота (глиоксилат).
Путь имеет связи со следующими путями:
Пентозофосфатный путь через 5-Phospho-alpha-D-ribose 1-diphosphate.
Метаболизм тиамина через aminoimidazole ribotide.
Метаболизм гистидина через 1-(5'-Phosphoribosyl)-5-amino-4-imidazolecarboxamide.
Метаболические пути аминокислот - аспартат, глутамат, аланин, глицин, серин, треонин



Из списка организмов БД были выбраны одна бактерия, одна архея и один эукариотический организм.
Danio rerio - эукариот, таксономия: Eukaryota; Opisthokonta; Metazoa; Eumetazoa; Bilateria; Deuterostomia; Chordata; Craniata; Vertebrata; Gnathostomata; Teleostomi; Euteleostomi; Actinopterygii; Actinopteri; Neopterygii; Teleostei; Osteoglossocephalai; Clupeocephala; Otomorpha; Ostariophysi; Otophysa; Cypriniphysae; Cypriniformes; Cyprinoidea; Cyprinidae; Danio
Cronobacter turicensis - бактерия, таксономия: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Cronobacter; Cronobacter turicensis
Methanotorris igneus - архея, таксономия: Archaea; Euryarchaeota; Methanococci; Methanococcales; Methanocaldococcaceae; Methanotorris; Methanotorris igneus



Карты:

Рис. 3. Путь у Danio rerio.

Рис. 4. Путь у Cronobacter turicensis.

Рис. 5. Путь у Methanotorris igneus .

Как видно из рисунков, данные организмы способны осуществлять этот путь, без учёта побочных ветвей, ведущих метаболиты в другие пути, например метаболизм глицина.

Работа с KEGG REACTION

Была выбрана реакция R01768: Hypoxanthine + NAD+ + H2O <=> Xanthine + NADH + H+.

Рис. 6. Выбранная реакция.

Рис. 7. Выбранная реакция на карте всего пути.

Работа с KEGG ORTHOLOGY

Была выбрана реакция, которую катализирует три ортологических ряда белков.

Рис. 8. Выбранная реакция на карте всего пути.

Далее из Uniprot были получены все последовательности и скомпонованы в один файл. K01510 - 162, K14641 - 83, K14642 - 30. Было построено множественное выравнивание алгоритмом Muscle. Множественное выравнивание можно получить по ссылке. Внешний вид и покраску по Blosum62 можно увидеть по ссылке1. Из выравнивания были удалены 5 последовательностей, который полностью не совпадали с остальными.
Далее в MEGA было построено дерево алгоритмом Neighbour-Joining с использование boostrap на 100 реплик.

Рис. 9. Bootstrap дерево. Красным - клада K14641, синим - клада K01510, зеленым - клада K14642

Дерево распадается на клады, соответствующие отдельным ортологическим рядом, которые я рассматривал. Все белки выравнены хорошо, имеют два консервативных сайта. Проект в JalView.

Просвиров Кирилл. Дата последнего изменения: 4 октября 2014.