Классификация функций. Коды ферментов

1. Объяснить, что значит заданный код фермента
   Заданный код фермента 6.1.1.14. На странице сайта IUPAC мы выбрали ссылку Nomenclature and symbols. Далее - IUBMB-IUPAC Joint Commission Biochemical Nomenclature (JCBN). Выбрав на данной странице пункт Enzyme Nomenclature, мы нашли расшифровку каждого пункта заднного кода:
   EC 6 - лигазы, катализируют образование связи между атомами, атомными группировками, сопровождаемое разрывом пирофосфатной связи в молекуле АТФ;
   EC 6.1 - формируют углерод-кислородные связи;
   EC 6.1.1 - лигазы, формирующие аминоацил-тРНК и подобные им молекулы;
   EC 6.1.1.14 - глициновая-тРНК синтетаза, то есть катализирует реакцию образования комплекса тРНК - глицин.
   
   Также мы нашли некоторые данные, соответствующее этому коду:
   
   • Принятое имя - глицин-тРНК лигаза;
   • Реакция - ATP + glycine + tRNA^Gly = AMP + diphosphate + glycyl-tRNA^Gly
   • Другие названия - glycyl-tRNA synthetase; glycyl-transfer ribonucleate synthetase; glycyl-transfer RNA synthetase; glycyl-transfer ribonucleic acid synthetase; glycyl translase;
   • Систематическое название - glycine:tRNAGly ligase (AMP-forming);
   
   
   
2. Сравнить последовательности ферментов с одинаковым кодом из эволюционно далеких организмов
   
   Мы вели поиск ферментов с заданным кодом 6.1.1.14 в Uniprot из трех организмов кишечной палочки Escherichia coli K-12, археи Methanococcus jannaschii и человека.
   Для поиска мы ввели такой запрос, учитывая, что для белков данных организмов приняты короткие имена, оканчивающиеся на "_Ecoli", "_Human", "_Metja":
   
   ((([uniprot-ID:*_METJA*] | [uniprot-ID:*_ECOLI*]) | [uniprot-ID:*_HUMAN*]) & [uniprot-ECNumber:6.1.1.14*])
   
   Предварительно снимать опцию "use wilcard" не обязательно, так как кодов, напрмер, таких как 6.1.1.140 и больше не бывает. В результате мы получили шесть находок, из которых мы отбрасываем две, которые из организма Escherichia coli B и их гены не имеют имен. С помощью SW_InterProMatches мы получили домены найденных белков. Ниже в таблицу внесена информация относительно доменов Pfam:
   
   

   	UniProt ID	UniProt AC	Имя гена	Первый домен		Второй домен		Третий домен
   				Идентификатор Pfam	Положение в последовательности	Идентификатор Pfam	Положение в последовательности	Идентификатор Pfam	Положение в последовательности
   1	SYGA_ECOLI	P00960	glyQ	PF02091	9 - 298	—	—	—	—
   2	SYGB_ECOLI	P00961	glyS	PF02092	5 - 555	PF05746	578 - 674	—	—
   3	SYG_HUMAN	P41250	garS	PF00458	67 - 122	PF00587	157 - 453	PF03129	615 - 709
   4	SYG_METJA	Q57681	glyS	PF00587	42 - 324	PF03129	483 - 574	—	—

   
   
   С помощью встроенной в SRS программы NeedleP в меню Launch analysis tool мы выравняли гомологичные домены. При выравнивании мы указывали в специальных окошках начало и конец доменов. При поиске мы оставили матрицу EBLOSUM62 и штраф за открытие гэпа - 10,0, штраф за каждый последующий гэп после открытого (за продолжение гэпа) - 0,5, стоящие по умолчанию. В результате мы получили следующие выравнивания:
   
   PF03129-PF03129 (SYG_HUMAN - SYG_METJA)
   PF00587-PF00587 (SYG_HUMAN - SYG_METJA)
   
   Объединим полученные данные в таблицу:
   
   

   	UniProt ID	Идентификатор домена	Название домена	Процент идентичности, %	Процент сходства, %	Длина выравнивания	Вес выравнивания
   1	SYG_HUMAN	PF03129	HGTP_anticodon, антикодон связывающийся домен (найден и в гистидиновых-, треониновых-, пролиновых-тРНК синтетазах, поэтому имеет такое название)	38,9	58,9	95	170,5
   	SYG_METJA	PF03129
   2	SYG_HUMAN	PF00587	tRNA-synt_2b, внутренний домен тРНК синтетаза класса II*	45,2	59,3	305	665,0
   	SYG_METJA	PF00587

   
   
   * тРНК синтетазы разделяют на классы I и II. К первому относятся синтетазы, осуществляющие присоединение аргинина, цистеина, глутаминовой кислоты, глутамина, изолейцина, лейцина, метионина, тирозина, триптофана и валина. Синтетазы, присоединяющие к тРНК остальные аминокислоты, относятся ко второму классу. Синтетазы первого класса в большинстве своем мономеры, в то время как синтетазы второго класса - димеры или полимеры. Хотя в нашем случае SYG_HUMAN и SYG_METJA мономеры.
   
   Таким образом, гомологичные домены были только у белков человека и Methanococcus jannaschii. В отличие от белков человека и Methanococcus jannaschii находки для Escherichia coli K-12 (SUGA_ECOLI, SYGB_ECOLI) - это цепи одного белка, то есть у которого по две таких цепи, этот белок тетрамерный. Домены данных двух цепей негомологичны доменам двух других белков. Почему белок тетрамерный и нет гомологичных доменов у этого белка предмет намного более многостороннего исследования. Эта ситуация, в частости, может показывать, что белки имеющие различную структурную организцию, выполняют одну и ту же функцию.
   Видно, что для последовательностей гомологичных доменов белков из очень далеких организмов, археи Methanococcus jannaschii (метанофиксирующая архея, живущая в горячих источниках!) и Homo sapiens, наблюдаются высокие значения процентов идентичности и сходства, причем это верно как, непосредственно, для каталитического, так и для антикодон-связывающегося доменов. Чем можно объяснить данный факт? Вероятно, тем, что данные белки осуществляют присоединение глицина к тРНК, то есть выполняет фундаментальную функцию, стоящую в основе синтеза всех белков клетки. Поэтому для таких белков, выполняющих очень важную функцию мутации должно проходить "аккуратно", иначе это может привести к драматическим для клетки последствиям.
   В этой связи необходимо упомянуть, что мутации в гене, кодирующем белок SYG_HUMAN приводит к тяжелым заболеваниям. Одно из них - болезнь Charcot-Marie-Tooth 2D типа (CMT2D). Заболевание выражается в регенерации аксонов в отсутствии определенных изменений миелиновой оболочки. Скорость проводимости нервного импульса снижена. Заболевание сопровождается атрофией мышц. Вторая болезнь - дистальная спинальная мышечная атрофия 5-ого типа (DSMA-V). Этиология схожа с CMT2D. Наследственное заболевание.