UNIPROT

Protein: Pectinesterase A

Organism: Dickeya dadantii

Описание Dickeya dadantii

В таблице 1 представлено таксономическое положение Dickeya dadantii.

Dickeya dadantii до 2005 года существовала под названием Erwinia chrysanthemi.

Эта подвижная неспорообразующая грамотрицательная бацилла с загругленными концами и многочисленными жгутиками. Как и все члены семейства Pectobacteriaceae, изучаемая бактерия является факультативным анаэробом. Dickeya dadantii содержит много пектиназ, с помощью которых она может мацерировать клеточные стенки растений, вызывая некроз тканей и мягкую (мокрую) гниль. Вследствие прогрессирующей мацерации тканей растения бактерия получает доступ к многочисленным питательным веществам и активно размножается.

На рисунке 1 под буквой а представлена Dickeya dadantii. Отчетливо видны многочисленные жгутики и очевиден средний размер бациллы: длина бактерии приблизительно равна 3 μm.

На рисунке 2 показана мокрая плесень лука, вызванная данной бактерией. Сочные чешуи размягчились и приобрели желтую окраску.

Зачем секвенировани Dickeya dadantii?

1. Dickeya dadantii является патогеном многих экономически важных сельскохозяйственных культур. Для разработки средств защиты растений нужно понять какие белки работают в клетке, на какие биохимические процессы бактерии можно воздействовать. Секвенирование сильно облегчает поиск этой информации.

2. Бактерия содержит аспариганазу, которая используется в сочетании с другими химиотерапевтическими средствами для лечения острого лимфобластного лейкоза. Следовательно, аспарагиназу Dickeya dadantii можно использовать в случае развития у пациентов аллергии на аспаргиназу Escherichia coli.

3. В связи в увеличением интереса к возоблонвляемым топливным ресурсом и способностью бактерии разрушать пектиновые вещества Dickeya dadantii активно изучается с целью дальнейшего использования данной бактерии в производстве этанольного топлива.

Описание Pectinesterase A

В таблице 3 можно найти общую информацию о белке.

Биохимия

Реакция, которая катализируется пектинэстеразой А, выглядит так: [(1->4)-alpha-D-galacturonosyl methyl ester](n) + n H2O = [(1->4)-alpha-D-galacturonosyl](n) + n H(+) + n methanol ³

+

n

=

+

n

+

n

Распространенность в живых организмах

Пектинэстераза А характерна для многих растений ( Arabidopsis thaliana, Oryza sativa subsp. japonica) и бактерий (Escherichia coli , изучаемая Dickeya dadantii). Lygus hesperus-это единственное описанное многоклелочное животное, которое содержит изучаемый белок. Lygus hesperus - насекомое, которое питается такими растениями, как хлопок, люцерна, клубника.

Выводы о распространенности пектинэстераз, полученные с помощью поиска в Uniprot и систематизации данных посредством таблицы 4.

• Поиск всех пектинэстераз во всех организмах показал, что наибольшее число записей об этих ферментах соответсвуют следующим организмам: Arabidopsis thaliana, Oryza sativa subsp. japonica(рис) и Prunus persica(персик). Это свидетельсвует от том, что лучше всего описаны пектинэстеразы растений.
• Процент записей о пектинэстеразах А от записей о всех пектинэстераз составляет 0,65%. Это говорит о том, что пектинэстераза А, по-видимому, не самый распространенный тип пектинэстераз
• Помимо пектинэстеразы A у исследуемой бактерии имеется пектинэстераза В, у Escherichia coli обе эти пектинэстеразы отсутсвуют.

Структура белка

На рисунках 4 отчетливо видно, что вторичная структура пектинэстеразы А в основном представлена бела-тяжами и практичски не имеет альфа-спиралей. Однако визуально непонятно, сколько поворотов имеет цепь и есть ли дисульфидные мостики.

С помощью команд EMBOSS было однозначно опредлелено количество участков с указанными формами.

Пектинэстераза А содержит 29 бела-тяжей, 7 альфа-спиралей, 1 поворот, 1 дисульфидный мостик.

Формат записи UniProtKB. Значения ключей в поле FT

В таблице 5 представлены сокращения в строках FT текстового файла Uniprot, особенности последовательности, соответсвующие данным аббревиатурам, и примеры участков исследуемого белка с такими особенностями.

История изменений записи UniProt

Запись в UniProt об изучаемом белке менялась 77 раз.

Сравнение 1 (18-APR-2006) и 77 (07-APR-2021) версии:

• Изменилась классификация бактерии. В 2006 ее относили к семейству Enterobacteriaceae, теперь относят к Pectobacteriaceae.
• Изменились представления о каталитической активности фермента. Ранее считали, что он обеспечивает протекание следующей реакции: Pectin + n H(2)O = n methanol + pectate. Сейчас функция энзима определена более точно. Reaction=[(1->4)-alpha-D-galacturonosyl methyl ester](n) + n H2O = [(1->4)-alpha-D-galacturonosyl](n) + n H(+) + n methanol; PATHWAY: Glycan metabolism; pectin degradation; 2-dehydro-3-deoxy-D-gluconate from pectin: step 1/5.

Изучение кластеров UniRef

Для всех трех кластеров изучаемый белок - репрезентативная последовательность, но он является белком сидом (seed) только в 1 кластере с максимальным процентом идентичности (100%) и лишь 2 записями, следовательно, исследуемый фермент организма Dickeya dadantii наиболее хорошо аннотирован, однако не имеет самую длинную аминокислотную последовательность среди подобных белков у близких организмов.

В таблице 6 видно что размеры кластеров довольно небольшие, и после анализа самого крупного (размер: 255 белков) можно сделать вывод о том, что белок не является очень распространенным, присуетсвует только в нескольких порядках бактерий:

1. Pseudomonadales (семейство Pseudomonadaceae)
2. Enterobacterales (семейства Pectobacteriaceae (к нему принадлежит изучаемая бактерия Dickeya dadantii), Yersiniaceae, Enterobacteriaceae, Erwiniaceae)

В таблице 6 представлены кластеры белка Pectinesterase A.

Сравнение протеомов

На основании поисковых запросов в Uniprot (таблицы 7,8) можно сделать вывод о том, что протеом Dickeya dadantii описан и изучен намного хуже протеома классической Escherichia coli. Всего лишь 2% записей о белках исследуемой бактерии аннотированы вручную, в то время как практически весь протеом Escherichia coli (98%) проверен человеком. Это говорит не только о меньшем интересе ученых к исследуемой бактерии, но и о меньшей достоверности записей. Поэтому сравнивая количество записей о белках, выполняющих определнную функцию, у Escherichia coli и у Dickeya dadantii следует принимать во внимание тот факт, что их число у изучаемой бактерии может быть меньше в силу отсутствия достоверной информации и полного понимания процессов метаболизма этого организма.

В настоящей работе был проведен анализ трансмемранных белков и ферментов у вышеуказанных бактерий (см таблица 6,7). Количество ферментов, как и трансмембранных белков, у Escherichia coli и у Dickeya dadantii примерно одинаково, что неудивительно, поскольку Escherichia coli необходимы разнообразные ферменты для расщепления органических соединений в кишечнике человека и трансмембранные белки для транспорта этих органических соединений, а Dickeya dadantii использует энзимы для разрушения тканей растений, вызывая гниль. По этим же причинам и у обеих бактерий была найдена целлюлаза - фермент, расщепляющий основной компонент клеточной стенки - целлюлозу, причем у Dickeya dadantii записей больше, возможно, потому что Dickeya dadantii паразитирует исключительно на растениях, а в кишечнике человека есть большее разнообразие питательных соединений. Далее были изучены оксидазы. Их количество у Escherichia coli несильно больше, чем у Dickeya dadantii, у обеих бактерий имеются оксидазы типа bo, но у кишечной палочки, в отличие от исследуемой бактерии, имеются еще и оксидазы типа bd. Вероятно, это связано с тем, что в кишечнике выделяется большое количество сероводорода, который подавляет работу цитохромоксидазы bo, и Escherichia coli жизненно необходимы дополнительные оксидазы типа bd, которые более устойчивы к действию H2S.⁴ А раз у Dickeya dadantii оксидазы типа bd отсутсвуют, значит, в процессе жизнедеятельности этот газ она не выделяет.

Поисковые запросы в UniProtKB

References

1.Scientific classification of bacterium link

2.Electron microscopy of Dickeya dadantii link