Практикум 12. KEGG Pathway
Предлагалось посмотреть на предложенный сигнальный путь и проанализировать какую-нибудь одну реакцию в его составе и сравнить пути у разных организмов.
Часть 1. Реакция
На сайте KEGG ввели номер предложенного нам пути - map00290. Путь отвечает за биосинтез валина, лейцина и изолейцина - достаточно похожих по строению гидрофобных аминокислот с разветвлённым алифатическим радикалом. На изображении референсного пути видно, что для синтеза валина и изолейцина нужны одни и те же ферменты, что неудивительно, так как они являются гомологами друг друга, если смотреть на углеводородный радикал. Этого не скажешь про лейцин, и для его биосинтеза нужны некоторые другие реакции. Тем не менее, все три аминокислоты синтезируются из пирувата.
Мы решили проанализировать первую реакцию синтеза валина из пирувата - превращение пирувата в 2-ацетолактат.
Обратимая реакция заключается в сдваивании двух молекул пирувата при декарбоксилировании с получением 2-ацетолактата. Реакция тиаминдифосфат-зависимая: сначала под действием фермента происходит декарбоксилирование и нуклеофильная атака тиаминдифосфата жалким остатком молекулы, а потом тиаминдифосфат переносит этот остаток на другую молекулу пирувата, и образуется 2-ацетолактат; то есть тиаминдифосфат - это молекула переносчик, а реакция относится к трансферазным.
Реакцию катализирует фермент по номенклатере EC 2.2.1.6 - pyruvate acetaldehydetransferase (decarboxylating) или для обратной реакции (S)-2-acetolactate pyruvate-lyase (carboxylating). Вообще фермент сам по себе называется acetolactate synthase I/II/III large subunit.
Разберем уровни номенклатуры:
2. Трансферазы. Как уже говорилось, в реакции переносится один структурный фрагмент на другой с помощью переносчика, поэтому фермент - трансфераза.
2.2. Трансферазы альдегидных или кетогрупп. Действительно, переносится остаток пирувата - карбонильного соединения.
2.2.1. Транскетолазы и трансальдолазы. Обозначает ровно то же самое. Если посмотреть состав группы 2.2 на ExPASy, то видно, что в нее входят только ферменты 2.2.1.
2.2.1.6. Ацетолактат синтаза. Это наш фермент из 12 ферментов в группе, он переносит конкретно остаток пирувата.
Часть 2. Сравнение
Мы посмотрели, ферменты каких реакций этого пути найдены в разных организмах: Arabidopsis thaliana (цветочек) и Candida albicans (грибочек). Видно, что у арабидопсиса и кандиды почти все ферменты этого пути совпадают. Но у кандиды не найдено фермента (4.2.1.35 - Aconitase/3-isopropylmalate dehydratase), переводящего последовательно 2-метилмалат в 2-метилмалеат (дегидратация), потом в эритро-3-метилмалат (гидратация).
Согласно KEGG GENOME, у арабидопсиса 27636 белковых генов и 1066 РНК генов; 137 метаболических путей согласно KEGG PATHWAY.
Посмотрели, какие метаболические пути есть в двух организмах. Для этого использовали KEGG API: ввели запрос для кандиды (http://rest.kegg.jp/list/pathway/cal) и для арабидопсиса (http://rest.kegg.jp/list/pathway/ath). Получили списки путей; пересекли номера путей в excel используя функции ПСТР (*строка, 4;5) - срез 5 символов строки начиная с 4 для вырезания номера пути, СЧЕТЕСЛИ (**диапазон, *строка) - счет количества находок данного номера пути у другого организма, если стоит 1 - значит путь есть в обоих организмах, если 0 - только в одном. Таким образом найдено 107 путей, общих для обоих организмов, 30 - только для арабидопсиса и 13 - только для кандиды. При дополнительном просмотре обнаружилось, что сигнальный путь MAPK есть в обоих организмах, но под разными номерами, поэтому реальные цифры такие: общих путей - 108, только у арабидопсиса - 29, только у кандиды - 13.