Учебный сайт Алены Корягиной

Ферменты. База KEGG

KEGG – веб-ресурс, содержащий коллекцию различных баз данных о геномах, химических соединениях, биологических путях, болезнях и лекарствах [1]. Одной из представленных баз данных является БД KEGG PATHWAY. В ней хранятся схемы метаболических и регуляторных путей клетки. Информация организована в виде графов, в узлах которых находятся химические вещества (продукты реакций), а на рёбрах указано направление реакции и ее ЕС код. На рисунке 1 представлена схема Цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса). Из этого биологического пути была выбрана одна реакция, ЕС код которой 2.3.3.8 (на рис.1 выделена фиолетовым цветом). Это реакция взаимодействия между цитратом и коферментом А (КоА) с образованием ацетил-КоА и оксалоацетатом (рис.2). Эта реакция является энергозависимой и сопровождается отщеплением одного фосфата от АТФ. Катализатором этой реакция является АТФ-цитратсинтаза, который катализирует перенос ацил-группы с одновременным ее превращением в алкил-группу. Этот катализатор представлен во всех организмах тремя рядами ортологичных белков – белков, гены имеют общего предка, но разошлись в процессе эволюции: К01648 (АТФ-цитрат-(pro-S)-лиаза) – 303 белка, К15230 (АТФ-цитратлиаза альфа-субъединица) – 27 белков, К15231(АТФ-цитратлиаза бета-субъединица) – 27 белков.

Рис.1. Схема цикла трикарбоновых кислот. Фиолетовым цветом выделена выбранная реакция , ЕС код которой 2.3.3.8. Рисунок получен с помощью веб-ресурса KEGG.

Рис.2. Реакция взаимодействия между цитратом и коферментом А (КоА) с образованием ацетил-КоА и оксалоацетатом. ЕС код реакции 2.3.3.8. Рисунок получен с помощью веб-ресурса KEGG.

Для каждого ряда ортологичных белков были получены последовательности всех белков, которые потом были выровнены с помощью сервера Muscle (скачать выравнивание в формате .fasta), из ортологичного ряда K01648 было взято только первые 100 последовательностей. Полученное выравнивание открыто с помощью Jalview и покращено ClustalX (проект в формате .jvp). Две последовательности (D0NZ33 и B7FYT1, принадлежащие к ряду белков К01648) я сочла плохо выровненными и сильно выбивающимися из всего выравниваниия, поэтому они были удалены. В общем выравнивание можно считать хорошим, несмотря на то, что можно выделить некоторые группы белков. Но говорить что-то конкретное по поводу гомологичности белков на основании этого выравнивания затруднительно в виду того, что один ряд белков представлен 100 белками, а другие два по 27, и соответствеено вклад каждого ряда в выравнивание неравнозначный. Но следует обратить внимание, что если выставить параметр консервативности >90% (100 белков составляет 65% от общего количества последовательностей), то мы будем наблюдать некоторые высококонсервативные позиции.

Далее было построено филогенетическое дерево (скачать в формате .nwk) с помощью метода Neighbor-Joining с 100 бутстреп-репликами (рис.3). Полученное дерево очевидно не распадается на клады соответствующие отдельным ортологичным рядам. Возможно выделить 2 большие клады с хорошей бутстреп поддержкой. На рисунке 1 ряды К15230 и К14231 выделены в рамочки оранжевого и синего цветов соответственно. Как можно заметить, первая клада включает в себя белки из рядов К01648 и К15230. Причем внутри этой клады есть две заметно отделяющиеся ветви, в одной из которых содержаться только белки ряда К15230, а в другой белки из двух рядов вместе. Вторая клада, содержит белки из рядов К01648 и К15231. И тут также есть две обособленные ветви, одна из которых содержит белки только из ряда К15231, а другая белки обоих рядов вместе. Из этого можно сделать предположение, что часть белков из ряда К01648 гомологична белкам ряда К15231, а другая часть - К15230. Однако о гомологичности всех белков утверждать нельзя.

Рис. 3. Филогенетическое дерево белков, катализирующих реакцию взаимодействия между цитратом и коферментом А (КоА) с образованием ацетил-КоА и оксалоацетатом (EC 2.3.3.8). Получено с помощью программы MEGA (метод Neighbor-Joining с 100 бутстреп-репликами). Рамочками оранжевого цвета выделены белки ряда К15230, синего - К15231.

Источники:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/KEGG