Практикум 5. Ферменты. База KEGG.

1. Работа с KEGG ORTHOLOGY

• Цель данного задания было проверить, являются ли члены разных ортологических рядов KEGG гомологичными белками.

Для данного практикума я выбрал биохимический путь – биосинтез лизина. Для него я выбрала реакцию (R01934), которую катализирует 2 ортологических ряда белков: K05824 (127 белков, 123 из UniProt) (На соловки) и K10978 (61 белок, 60 из UniProt) (В сибирь). Карта для данного метаболического пути с выделенной реакцией представлена на Рис.1. 

Рис. 1. Карта метаболического пути биосинтеза лизина. Выбранная реакция указана зеленым цветом.

Далее были получены последовательности для каждого ортологического ряда. Итоговый файл для K05824 и K10978. Для выравнивания данных последовательностей использовался алгоритм Muscle в программе Jalview. Раскраска Clustalcx. Множественное выравнивание. Проект.

Гомологичность белков в выравнивании

Выравнивание получилось хорошее. Последовательности из двух ортологических рядов выравниваются – позиции 68-78, 388-414, 421-432 имеют особо высокую степень консервативности.

Проверка выравнивания

Есть несколько коротких последовательностей, которые следует удалить - A5DKS5_PICGU|K05824, A5DKS4_PICGU|K05824. Последовательностей, которые совсем не выравниваются, найдены не были. Выравнивание после удаления и проект.

Построение дерева

Далее программой MEGA, при помощи метода Neighbor-Joining со 100 бутстреп-репликами было построено филогенетическое дерево – tree.PDF. Дерево распалось на 2 клады с высокой бутстреп-подержкой 98. В одной кладе все последовательности принадлежат ортологическому ряду K05824, причем 2 последовательности обособились (I0HZT5_CALAS|K05824,L8HAY8_ACACA|K05824). В другой кладе присутствуют последовательности из обоих рядов. Не разделение рядов на две четкие клады, говорит о близости данных рядов.

3. Работа с KEGG PATHWAY

Был выбран метаболический путь биосинтеза лизина (На Колыму)

Данный путь служит для синтеза лизина. Лизин может синтезироваться несколькими путями: из 2-оксоглутарата (промежуточное соединение в цикле трикарбоновых кислот), ацетил-КоА (из гликолиза), гомоацетат (метаболизм пирувата), L-аспартата (метаболизм аланина, аспартата и глутамата). Промежуточное соединение при синтезе лизина - L-гомосерин может быть использовано в другом метаболическом пути – метаболизм глицина, серина и треонина. Получившийся L-лизин далее может быть использован в следующих метаболических путях: деградация лизина и биосинтезе алкалоидов (тропан, пипередин, пундин). Лизин может превращаться в пирролизин. Одно из промежуточных соединениц синтеза лизина может участвовать в биосинтезе пептидогликанов.

Рассмотрим данный метаболический путь у бактерии (Starkeya novella – Alphaproteobacteria, Starkeya), археи (Aeropyrum pernix – Crenarchaeota, Aeropyrum), эукариота (Homo sapiens).

У человека присутствуют только 4 фермента, осуществляющие превращение 2-оксоадипата в 2-аминоадипат 6-семиальдегид. Значит, лизин в нашем организме не синтезируется, а является незаменимой аминокислотой.

Рис. 2. Карта человека

У бактерии Starkeya novella лизин синтезируется из аспартата, кроме того мезо-2,6-диаминопимелат может быть использован при биосинтезе пептидогликана. Пептидогликан входит в клеточную стенку бактерий, поэтому неудивительно, что данный путь существует.

Рис. 3. Карта бактерии

У археи Aeropyrum pernix есть отдельные ферменты данного метаболического пути. Есть несколько ферментов, выполняющие последовательные стадии – от 2-оскоадипата до лизина, но полноценный биосинтез лизина у этой археи невозможен.

Рис. 4. Карта археи

4. Работа с KEGG REACTION

Была выбрана реакция превращения 2-оскоглутарата в гомоцитрат при помощи кофермента ацетил-КоА. Реакция имеет идентификатор R00271.

Рис. 5. Карта реакции.

Рис. 6. Реакция.