Метаболические пути

Получение сукцината из сукцинил-КоА

Итак, мы получаем из Succinyl-CoA Succinate. Таких реакций много, ниже приведен их список с идентификаторами KEGG:

rn:R00406   Succinyl-CoA + (S)-Malate <=> 
                <=> Succinate + (3S)-3-Carboxy-3-hydroxypropanoyl-CoA
rn:R00407   Succinyl-CoA hydrolase; 
              Succinyl-CoA + H2O <=> 
                <=> CoA + Succinate
rn:R00410   Succinyl-CoA:3-oxo-acid CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + Acetoacetate <=> 
                <=> Succinate + Acetoacetyl-CoA
rn:R01559   Succinyl-CoA:oxalate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + Oxalate <=> 
                <=> Succinate + Oxalyl-CoA
rn:R01780   Succinyl-CoA:3-oxo-acid CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + 3-Oxo acid <=> 
                <=> Succinate + 3-Oxoacyl-CoA
rn:R02084   Succinyl-CoA:3-hydroxy-3-methylglutarate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + 3-Hydroxy-3-methylglutarate <=> 
                <=> Succinate + (S)-3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
rn:R02407   Succinyl-CoA:citramalate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + Itaconate <=> 
                <=> Succinate + Itaconyl-CoA
rn:R02956   Succinyl-CoA:citramalate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + Citramalate <=> 
                <=> Succinate + Citramalyl-CoA
rn:R02990   Succinyl-CoA:3-oxoadipate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + 3-Oxoadipate <=> 
                <=> Succinate + 3-Oxoadipyl-CoA
rn:R03154   Succinyl-CoA:citramalate CoA-transferase; 
              Succinyl-CoA + (S)-2-Methylmalate <=> 
                <=> Succinate + (3S)-Citramalyl-CoA
rn:R05588   Benzylsuccinate + Succinyl-CoA <=> 
                <=> Benzylsuccinyl-CoA + Succinate
rn:R06904   Naphthyl-2-methyl-succinic acid + Succinyl-CoA <=> 
                <=> Naphthyl-2-methyl-succinyl-CoA + Succinate
             

И мною была выбрана реакция с идентификатором KEGG rn:R00407 :

Реакцию эту катализирует фермент сукцинил-КоА гидролаза, EC 3.1.2.3, относящаяся к гидролазам, действующим на сложные эфиры, - гидролазам тиоловых эфиров, в цикле трикарбоновых кислот. Здесь субстрат может образовываться из четырех различных веществ, например, из 2-оксоглутарата. Что касается продукта, то далее он может превращаться в четыре различных вещества, например, в фумарат.

Замечу, что в одном метаболическом пути, в одном месте на карте, проходят две реакции Succinyl-CoA —> Succinate, причем одна из них обратима, а другая (рассматриваемая мною все это время) - нет.

Генов - ортологов для гена сукцинил-КоА гидролазы нет. Да и вообще единственный "Reference" на тему этого фермента был в 1952 году.

Цикл трикарбоновых кислот.
Реакция, катализируемая двумя ферментами.

В KEGG запрос "Citrate cycle (TCA cycle)" дает ссылки на этот метаболический путь в разных организмах, а запрос "reference Citrate cycle (TCA cycle) map" дает одну ссылку на обобщенную для всех организмов карту. Поэтому мы используем второй запрос.

Надо найти реакцию, которую катализируют два как можно более разных фермента. Здесь есть три таких реакции, но все различаются только последней цифрой. Мною была выбрана реакция:

	2.3.3.1	2.3.3.8
Имя	Цитрат (Si)-синтаза	АТФ-цитрат синтаза
Характеристика фермента	Ацилтрансфераза, превращающая ацил-группы в алкильные
Катализируемая реакция:
которая присутствует в метаболических путях:	Цикл трикарбоновых кислот Глиоксалатный и дикарбоксилатный метаболизм	Цикл трикарбоновых кислот
Присутствует в различных организмах, количество которых:	249	14
PDB-структура:	1VGM, 1VGP	Отсутствует

Замечу, что первый из рассматриваемых ферментов (Цитрат (Si)-синтаза) изучен гораздо лучше, нежели второй (АТФ-цитрат синтаза), - о нем написано гораздо больше статей (шесть против двух) существуют даже две PDB-структуры; он гораздо более многофункционален - используется в двух метаболических путях, присутствует в гораздо больше числе организмов - возможно потому что более удобен, впрочем, не знаю. К сожалению, сравнить 3D-структуры я не смогла - для АТФ-цитрат синтазы она не изучена.

Cравнение метаболических путей у Homo sapiens и Escherichia coli K-12 MG1655

Задача: Исследование биосинтеза триптофана (Tryptophan) из хоризмата (сhorismate) у человека (Homo sapiens) и Escherichia coli K-12 MG1655.

Метаболический путь – «биосинтез фенилаланина, тирозина и триптофана», идентификатор общей для всех организмов карты: map00400 (идентификатор карты человека - hsa00400, бактерии - есо00400).

Ниже представлена данная карта, обобщающая реакции, происходящие во всех организмах, известных KEGG.
Красным цветом выделены реакции, соответствующие заданию, здесь мы видим, что для получения триптофана из хоризмата нужно пройти пять стадий;
зеленым - продукты дальнейшего превращения триптофана, это 5-гидрокси-L-триптофан, L-триптофанил-тРНК, триптамин, индол, 3-индол-гликоальдегид, индол-3-ацетамид, индолпируват, N-формил-кинуренин;
синим - вещества, из которых можно получить хоризмат: 5-O-(1-карбоксивинил)-3-фосфошикимат, префенат.

А теперь сравним этот биосинтез у данных двух организмов.

Посмотрев на картинки, наблюдаем, что у E.coli присутствуют все стадии рассматриваеомго синтеза, а у H.sapiens - ни одной. Таким образом, мы наблюдаем тот факт, что триптофан - незаменимая для человека аминокислота, которую он может получить только при поедании кого-нибудь или чего-нибудь, кто (что) может эту аминокислоту синтезировать, или она каким-либо образом туда попадает опять же извне. Что касается кишечной палочки, то она вполне нормально может синтезировать триптофан, то есть все стадии рассматриваемого биосинтеза (да и предыдущие тоже - например, можно восемью последовательными реакциями получить хоризмат из метаболического пути "гликолиз") присутствуют. Это вполне понятно, ведь бактерии больше рискуют в своей жизни, и им надо хоть в чем-то не зависеть от превратностей судьбы.