Четвертый семестр

EC (классификация ферментов). KEGG (Метаболические пути)

Для выполнения задания был выбран белок PPNK_ECOLI
  1. EC код фермента
    2. EC=2.7.1.23 - код белка PPNK_ECOLI, где:
    2 - семесйство трансфераз (transferase)
    2.7 - трансферазы фосфор-содержащих групп (Transferring phosphorus-containing groups)
    2.7.1 - фосфотрансеразы с гидроксильной группой в качестве акцептора (Phosphotransferases with an alcohol group as acceptor)
    2.7.1.23 -НАД+ киназа (NAD+ kinase )
    Данный фермент осуществляет следующую реакцию:
    ATP + NAD+ = ADP + NADP+
    Ниже приведен путь синтеза НАДФ+, красным кругом выделена реакция, осуществляемая ферментом PPNK_ECOLI
  2. Определение метаболических путей, в которых учатсвует белок PPNK_ECOLI
    3. Локус гена белка PPNK_ECOLI - b2615. Для этого гена были найдены следующие метаболические пути:
    eco00760 - метаболизм никотината и никотинамида (Nicotinate and nicotinamide metabolism)
    eco01100 - метаболические пути (Metabolic pathways)
  3. Структурные формулы из базы данных KEGG
    4. Название соединения:
    L-Серин (L-Serine)
    L-2-Амино-3-гидроксипропионовая кислота(L-2-Amino-3-hydroxypropionic acid)
    L-3-Гидроксиаланин(L-3-Hydroxy-alanine)
    Идентификатор:
    C00065
    Структурная формула:
    		 Название соединения:
    L-Цистеин(L-Cysteine)
    L-2-Амино-3-меркаптопропионовая кислота(L-2-Amino-3-mercaptopropionic acid)
    Идентификатор:
    C00097
    Структурная формула:
  4. Метаболические пути между L-серином и L-цистеином
    5. Выбранная цепочка ферментативных реакций:
    путь:метаболизм серина, треонина и глицина
    цепочка:L-серин → L-цистеин
    К сожалению или к счасть( это уже для кого как) не было найдено ни одного интермедиата. С картой можно осзнакомиться на ссайте в файле - map.png
  5. Существование цепочки реакций L-серин → L-цистеин в других организмах
    6. Организм Возможна ли цепочка реакций Обоснование
    Escherichia coli K-12 MG1655 да есть фермент, неоходимый для осуществления цепочки EC 4.2.1.22
    Archaeoglobus fulgidus да есть фермент, неоходимый для осуществления цепочки EC 4.2.1.22
    Arabidopsis thaliana (thale cress) да есть фермент, неоходимый для осуществления цепочки EC 4.2.1.22
    Homo sapiens да есть фермент, неоходимый для осуществления цепочки EC 4.2.1.22
  6. Сравнение ферментов из далеких организмов
    1. Найдем с помощью SRS ферменты с ЕС кодом 4.2.1.24 у человека и археи Archaeoglobus fulgidus.
      Для того, чтобы провести поиск необходимо снять опцию маски ( Use wildcards ), чтобы при поиске EC белка находились лишь ферменты с EC=4.2.1.24, и не находились ферменты с похожими EC (например, 4.2.1.240 и тд). Для упрощения запроса воспользуемся тем, что для белков приняты короткие имена. ID белков человека заканчиваются на _HUMAN, белки археи Archaeoglobus fulgidus - на _ARCFU. Для отсева идентичных последовательностей воспользуемся ccылкой UNIREF100. В результате, запрос для поиска в БД UniProt выглядит так: 
      ([uniprot-ECNumber:4.2.1.24] & ([uniprot-ID:*_HUMAN] | [uniprot-ID:*_ARCFU]))

      Получили 4 белка, все относятся к классу дегидрогеназ дельта-амино-левулиновой кислоты. 1 из них относится к археям - HEM2_ARCFU (O28305), а 3 найдены у человека (причем все они представляют один белок, в последовательности это одни участки только с немного различающимися длинами) - выбираем, несмотря на это, белок HEM2_HUMAN (P13716), потому что последовательности остальных входят в последвательность первого(B7Z3I9_HUMAN; Q6ZMU0_HUMAN).

    2. Сравнение доменной организации (по PFAM) белков HEM2_HUMAN, B7Z3I9_HUMAN, Q6ZMU0_HUMAN и HEM2_ARCFU.
      Для этого используем режим SW_InterProMatches (для просмотра находок).

      3. B7Z3I9_HUMAN - домен хоть и выделен, но не отмечен.

      Q6ZMU0_HUMAN - менее похож на белок из Archaeoglobus fulgidus (немного длиннее и у него есть участок low_complexity (низкого сродства)).

      HEM2_HUMAN (P13716)

      HEM2_ARCFU (O28305)

    3. Определение % совпадения последовательностей гомологичных доменов (ALAD) из археи (HEM2_ARCFU) и человека (HEM2_HUMAN).

      4. Воспользуемся программой needle для создания выравнивания. Получили процент сходства 61.4%.

      Полученный файл.

    4. Нахождение лучшего ортолога для белков HEM2_ARCFU и HEM2_HUMAN.
      Выполняем поиск ортологов с помощью инструментов KEGG. 
      Найдем документ KEGG с описанием гена нужного белка по схеме, описанной в упр.2. На найденной страничке выбираем кнопку "Ortholog", 

а в открывшемся окне - опцию Best-best (bidirectional best hit),указываем нужную группу организмов и выбираем кнопку "GO".

      Для белка HEM2_HUMAN название гена ALAD; для HEM2_ARCFU - hemB. Соответсвующие id в KEGG hsa:210 и afu:AF1974.

      Ген ортолог для HEM2_HUMAN среди архей:

      Ген: mka:MK0198  

Организм: Methanopyrus kandleri

Процент идентичности: 0.469

Перекрытие последовательностей: 309

      Ген ортолог для HEM2_ARCFU среди эукариот:

      Ген: pti:PHATRDRAFT_50723

Организм: Phaeodactylum tricornutum

Процент идентичности: 0.489 

Перекрытие последовательностей: 321

    Белок в организме человека соответсвует белку в археи с относительно большим процентом идентичности, белки выполняют одинаковые функции в столь разных и далеких организмах. Аналогичные выводы можно сделать, во время рассмотрения белка HEM2_ARCFU и его ортолога.

©Анисенко Андрей