Работа с KEGG ORTHOLOGY

Задание 1. Цель данного задания – проверить, являются ли члены разных ортологических рядов KEGG гомологичными белками, и проанализировать их филогенетические отношения.

Из списка в задании 3 был выбран биохимический путь метаболизма простых эфиров. Схема метаболического пути приведена на рисунке 1:

Рис.1. Схема метаболического пути простых эфиров. выбранная реакция выделена зелёным

Для дальнейше работы была выбрана реакция 2.7.8.2. Её катализируют два ортологических ряда белков:

  • K00994 - diacylglycerol cholinephosphotransferase, 37 белков, из них 30 в Uniprot;
  • K13644 - choline/ethanolamine phosphotransferase, 44 белка, из них 38 в Uniprot.

Последовательности были получены из Uniprot, поcле было построено множественное выравнивание программой Muscle. Отметим, что белки ряда KO994 в среднем выровнялись хуже, чем белки ряда K1364. Однако, в этом ряду были 4 белка, выбивающиеся из обще картины, и они были удалены из выравнивания. Их идентификаторы: C3ZZ86, C3XXR1, C3ZK77, L7MS36. Проект можно скачать здесь. Используя полученное множественное выравнивание, в программе Mega было построено дерево методом Neighbor-Joining, с количеством бутстрэп-реплик 100. Результат - консенсусное дерево, построенное с помощью бутстрэп-метода и исходное дерево - можно увидеть на рисунках 2 и 3:

Рис.2.Исходное дерево

Рис.3.Консенсусное дерево, построенное с помощью бутстрэп-метода

Белки из разных ортологических групп расположены далеки друг от друга, что и требовалось доказать. Бутстрэп-поддержка у данного разбииения хорошая (до 99). Тривиальных ветвей с резко отличаюшейся длиной замечено не было.



Задание 3
Для выполнения этого задания был выбран биохимический путь биосинтеза лизина. В клетках микроорганизмов лизин синтезируется из аспарагиновой кислоты и служит конечным продуктом разветвленного метаболического пути биосинтеза, общего для трех аминокислот — лизина, метионина и треонина. У различных микроорганизмов биосинтез лизина протекает по-разному. Существует два принципиально различных пути биосинтеза лизина. Один путь идет, начиная с 2 – кетоглутаровой кислоты, через 2 – аминоадипиновую кислоту к L-лизину (аминоадипиновый путь). По этому пути лизин образуется в клетках дрожжей, грибов, актиномицетов и некоторых водорослей. Регуляция биосинтеза лизина по аминоадипиновому пути изучена сравнительно мало, но все же известно, что она идет по первому ферменту, катализирующему превращение 2 – кетоглутаровой кислоты в гомолимонную, так как избыток лизина в среде заметно тормозит образование последней.

Второй путь (диаминопимелиновый путь) начинается с аспарагиновой кислоты и проходит через 2,6 – диаминопимелиновую кислоту. Такой путь имеет место в бактериальных клетках. Этот путь образования лизина был подробно изучен у E. Coli, а позднее было доказано, что у основных продуцентов лизина, и у глутаматсинтезирующих бактерий биосинтез идет по диаминопимелиновому пути. Эта схема образования лизина расшифрована при использовании различных мутантов, дефицитных по определенным ферментам в цепи превращений аспарагиновой кислоты до L – лизина. При сопоставлении системы регуляции биосинтеза лизина по диаминопимелиновому пути у различных бактерий видно, что они не одинаковы [1].

Путь биосинтеза лизина связан со следующими путями KEGG:


Из списка организмов, для которых в KEGG описан данный путь были выбраны три:

  • Архея Methanosarcina acetivorans — вид архей рода Methanosarcina, представители которого используют все три метаболические пути метаногенеза. Геном M. acetivorans является крупнейшим из расшифрованных геномов архей (5751492 пар нуклеотидов). Ссылка на карту. 
    Домен: 		Археи
Тип: 		Эвриархеоты
Класс: 		Methanomicrobia
Порядок: 	Methanosarcinales
Семейство: 	Methanosarcinaceae
Род: 		Methanosarcina
  • Бактерия Yersinia pestis, штамм CO92 (из биовара Orientalis) — чумная палочка, вид грамотрицательных бактерий из семейства энтеробактерий. Инфекционный агент бубонной чумы, также может вызывать чумную пневмонию и септическую чуму. Для штамма CO92 доступен полный геном, 4 653 728 п.н. Ссылка на карту. 
    Домен: 		Бактерии
Тип: 		Протеобактерии
Класс: 		Гамма-протеобактерии
Порядок: 	Enterobacteriales Rahn 1937
Семейство: 	Энтеробактерии
Род: 		Иерсинии
Вид: 		Чумная палочка
  • Из эукариот - примат Macaca fascicularis — Макак-крабоед (crab-eating macaque) или яванский макак, вид из семейства мартышковых. Обезьяна среднего размера. Занимает широкий ареал в Юго-восточной азии, является редким примером наземного млекопитающего, нарушающего Линию Уоллеса. Всеяден, крабы не являются основной пищей, несмотря на название. Ссылка на карту. 
    Тип: 		Chordata
Подтип: 	Vertebrates
Класс:		Mammals
Отряд:		Приматы
Семейство: 	Мартышковые
Род: 		Макаки
Вид: 		Макак-крабоед

Наиболее полно путь представлен у археи, можно проследить почти все реакции по диаминопимелиновому пути до пирролизина. Кроме того, представлены несколько реакций из аминоадипинового пути.
У чумной палочки путь представлен менее полно, но опять же можно проследить весь ход метаболизма по диаминопимелиновому пути до лизина, имеется ответвление в сторону путей биосинтеза пептидогликанов и метаболизма аминокислот.
У примата в карте пути представлено только три реакции. Следовательно, в отличие от описанных прокариот, для макаки-крабоеда лизин является незаменимой аминокислотой (как и для человека).


Для выполнения задания была выбрана реакция R00271, фермент - гомоцитрат синтаза из группы ацетилтрансфераз [EC:2.3.3.14].

Уравнение реакции: Acetyl-CoA + H2O + 2-Oxoglutarate <=> (R)-2-Hydroxybutane-1,2,4-tricarboxylate + CoA
Рис.4.Схема реакции R00271

На рисунке 5 реакция показана на карте пути метаболизма лизина (выделена красным):

Рис.5.Положение реакции R00271 в пути метаболизма лизина


Назад к странице семестров

© Andrew Sigorskih,2016.