Малил-КоА лиаза – фермент, играющий ключевую роль в этилмалонил-коА пути синтеза ацетата, который впервые был найден у Cereibacter sphaeroides [1]. Он катализирует обратимую реакцию конденсации глиоксилата и ацетил-коА в L-малил-коА, и обратимую реакцию конденсации глиоксилата и пропионил-коА в бета-метилмалил-коА[2]. Примечательность ферментов этого пути синтеза в том, что они могут быть активны при росте практически на любом источнике углерода, в то время как типичный глиоксилатный цикл требует, чтобы его ферменты были индуцированы с помощью ацетата[3].
Cereibacter sphaeroides – представители группы несерных (не образуют внутри своих клеток свободной серы[4]) пурпурных бактерий, аноксигенных фототрофных (факультативно) организмов, активно-использующихся для получения продуктов биологического производства [5]. Также являются многообещающими объектами для производства водорода[6]
Благодаря записи в uniprot, о малил-КоА-лиазе можно узнать следующее:
Его идентификатор MCAL_CERS4. При этом он имеет 2 кода доступа: Q3J5L6, B8XVS9, из которых действующим на данный момент является первый. Исходя из истории “входной информации” можно выяснить, что B8XVS9 был объединен в Q3J5L6 08.02.2011 (тогда запись была внесена в Swiss-Prot ); а id менялся 2 раза: в связи с внесением последовательности в Swiss-Prot, и в связи с переименованием организма, которому пренадлежит белок, с Rhodobacter sphaeroides на Cereibacter sphaeroides[7].
Имеются 2 записи в PDB, отражающих пространственные структуры: 4L9Y – с разрешением в 2.10 Å , 4L9Z – с разрешением в 2.01 Å.
Что касается кластеров, то в UniRef100 содержится 4 записи: 1 из UniParc (является seedом) и 3 из swissprot. Все записи принадлежат разным штаммам организма Cereibacter sphaeroides.
В UniRef90 содержится 55 записей: 23 из UniParc, 4 – swissprot, 30 – TrEMBL. UniRef50 содержится 1252 записей: 408 из UniParc, 6 - swissprot, 715 – TrEMBL.
Из запросов стало известно, что ферменты того же класса, что и Малил-КоА лиаза (ec 4.1.3.24 или ec 4.1.3.25) больше всего распространены у бактерий (691 результат), но также есть у архей и эуархонтоглир (14 и 3 результатов соответственно). Все 713 результатов запроса имеют каталитическую активность: малат-синтазную активность, гидролазную, лиазную. И один результат свидетельствует о лигазной активности. Интересно, что 4 белка, исходя из результата запроса, могут быть интегральным компонентом мембраны (1 белок, чье существование предсказано с помощью гомологии) или белком митохондрий у эуархонтоглир (существование белков “надежно доказано” ).
Поиск всех лиаз среди Cereibacter sphaeroides показал, что в этой группе организмов встречаются следующие классы ферментов: ферменты, отвечающие за перенос алкильных или арильных групп (ec 2.5.1. - , 2 результата), ДНК-гликозилазы семейства FPG (EC 3.2.2.23, 8 результатов) и собственно лиазы, выполняющие разные функции (EC 4.-.-.-, 96 результатов).
Поиск по семейству альдолаз hpch/hpai , к которому принадлежит рассматриваемая малил-коА лиаза, внутри организмов одного штамма Cereibacter sphaeroides (ATCC 17023), показал, что к нему относятся малил-коА лиаза и малил-коА тиоэстераза (их существование надежно доказано), а также 2 белка другой функции, чье существование предсказано исходя из гомологии.
Для бактерии Cereibacter sphaeroides (штамм ATCC 17023) был выбран ее референсный протеом с идентификатором UP000002703, его CPD-статус – standart, большинству групп ортологичных генов был присвоен статус Single. Содержит 4285 белков.
В качестве протеома-сравнения был выбран референсный протеом Rhodobacter capsulatus (штамм ATCC BAA-309) с идентификатором UP000002361, CPD-статусом – standart. Большинству групп ортологичных генов был присвоен статус Single. Содержит 3632 белков.
2 эти бактерии относятся к группе Rhodobacteraceae. Обе являются несерными пурпурные бактериями со схожими характеристиками. Но, в отличии от Cereibacter sphaeroides, Rhodobacter capsulatus имеет ICL (изоцитрат-лиазную) активность и, благодаря этому способна использовать как этил-малонил-коА путь синтеза ацетата, так и глиоксилатный путь[6].
Скачивание протеомов было выполнено с помощью команд:
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:up000002703&format=txt&compress=yes' -O UP000002703.swiss.gz
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:up000002361&format=txt&compress=yes' -O UP000002361.swiss.gz
Чтобы узнать соотношения определенных групп белков, были составлены следующие запросы:
запрос для трансмембранных белков Cereibacter sphaeroides:
annotation:(type:transmem) AND proteome:up000002703
запрос для трансмембранных белков Rhodobacter capsulatus:annotation:(type:transmem) AND proteome:up000002361
запрос для ферментов Cereibacter sphaeroides:ec:* AND proteome:up000002703
запрос для ферментов Rhodobacter capsulatus:ec:* AND proteome:up000002361
| Cereibacter sphaeroides | общее кол-во | swiss-prot | "ненадежные"/малоизученные | Rhodobacter capsulatus | общее кол-во | swiss-prot | "ненадежные"/малоизученные | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| трансмембранные | 835 | 46 (5,5%) | существование предсказано или следует из гомологии | 811 (33 аннотированных) | 97,13% | трансмембранные | 679 | 30 (4,4%) | существование предсказано или следует из гомологии | 662 (14 аннотированных) | 97,50% | |
| "probable" | 12 (0 reviewed) | 1,44% | "probable" | 14 (4 аннотированных, 3 Evidence at protein level) | 2,06% | |||||||
| неохарактеризованные белки | 147(0 аннотированных, 2 Evidence at protein level) | 17,60% | неохарактеризованные белки | 101 (0 аннотированных) | 14,87% | |||||||
| доля всех найденных по запросу белков | 19,49% | "DUF" | 6(0 аннотированных) | 0,72% | доля всех найденных по запросу белков | 19% | "DUF" | 2 (0 аннотированных) | 0,29% | |||
| ферменты | 1183 | 303 (25,6%) | существование предсказано или следует из гомологии | 1146 (280 аннотированных) | 96,87% | ферменты | 1320 | 70 (5,3%) | существование предсказано или следует из гомологии | 1285( 45 аннотированных) | 97,35% | |
| "probable" | 6 (4 аннотированных) | 0,51% | "probable" | 8 (2 аннотированных) | 0,61% | |||||||
| неохарактеризованные белки | 0 | 0 | неохарактеризованные белки | 0 | 0 | |||||||
| доля всех найденных по запросу белков | 32,57% | "DUF" | 0 | 0 | доля от всех найденных по запросу белков | 36,34% | "DUF" | 0 | 0 |
Из таблицы видно, что трансмембранные белки Cereibacter sphaeroides и Rhodobacter capsulatus можно назвать изученными и аннотированными в равной степени.
А ферменты обоих организмов являются более изученными чем трансмембранные белки. Сильнее всего это видно по количеству аннотированных ферментов Cereibacter sphaeroides и отсутствию “неохарактеризованных” ферментов в протеомах.
В обоих организмах доля ферментов выше чем доля трансмембранных белков, согласно результатам запросов.
Поскольку Cereibacter sphaeroides и Rhodobacter capsulatus можно сравнить по возможности синтеза ацетата по этилмалонил-коА пути и наличию или отсутствию ферментов для глиоксилатного цикла, были составлены следующие запросы, для того, чтобы сравнить представленность ферментов, необходимых для этилмалонил-коА пути:
запросы для сравнения протеомов по наличию ферментов этилмалонил-коА пути:
(ec:1.3.1.85 OR ec:5.1.99.1 OR ec:5.4.99.63 OR ec:1.3.8.12 OR ec:5.4.1.3. OR ec:4.2.1.153 OR ec:4.2.1.148 OR ec:4.1.3.24 OR ec:6.2.1.9) AND organism:"Cereibacter sphaeroides (strain ATCC 17023 / DSM 158 / JCM 6121 / CCUG 31486 / LMG 2827 / NBRC 12203 / NCIMB 8253 / ATH 2.4.1.) (Rhodobacter sphaeroides) [272943]" AND proteome:up000002703
(ec:1.3.1.85 OR ec:5.1.99.1 OR ec:5.4.99.63 OR ec:1.3.8.12 OR ec:5.4.1.3. OR ec:4.2.1.153 OR ec:4.2.1.148 OR ec:4.1.3.24 OR ec:6.2.1.9) AND organism:"Rhodobacter capsulatus (strain ATCC BAA-309 / NBRC 16581 / SB1003) [272942]" AND proteome:up000002361
| этилмалонил-коА путь (необходимые ферменты) [8] | Cereibacter sphaeroides | Rhodobacter capsulatus | |
|---|---|---|---|
| код фермента | название | наличие/отсутствие фермента | |
| 1.3.1.85 | кротонил-КоА карбоксилаза/редуктаза | ||
| 5.1.99.1 | метилмалонил-КоА эпимераза | ||
| 5.4.99.63 | этимлмалонил-КоА мутаза | ||
| 1.3.8.12 | (2S)-метилсукцинил-КоА дегидрогеназа | ||
| 5.4.1.3 | 2-метилфумарил-КоА изомераза | ||
| 4.2.1.153 | 3-метилфумарил-КоА гидратаза | ||
| 4.2.1.148 | 2-метилфумарил-КоА гидратаза | ||
| 4.1.3.24 | малил-КоА лиаза | ||
| 6.2.1.9 | малат-КоА лигаза | ||
Cereibacter sphaeroides имеет в своем протеоме больше необходимых ферментов, чем Rhodobacter capsulatus, что логично, т.к. этилмалонил-КоА путь синтеза является у Cereibacter sphaeroides единственным, в то время как Rhodobacter capsulatus имеет гены отвечающие и за этилмалонил-КоА путь, и за глиоксилатный цикл [6].
По результатам запроса Cereibacter sphaeroides:
name:"isocitrate lyase" AND proteome:up000002703
не было найдено никаких результатов.Для Rhodobacter capsulatus:
name:"isocitrate lyase" AND proteome:up000002361
был найден один белок с именем "изоцитрат-лиаза" (id D5AS40). Что тоже подтверждает, что Cereibacter sphaeroides не имеет изоцитат-лиазы, а значит - глиоксилатного цикла[6].Можно сранить протеомы по полям "СС" с пометкой '-!- PATHWAYS'. Для этого был использован следующий
скрипт, результатом которого является файл формата "метаболитический путь и комментарии к нему - количество совпадений внутри файла с протеомом". В протеомах обоих организмов больше всего белков, принимающих участвие в синтезе клеточной мембраны, синтезе пептидогликана. Примерно на одном уровне находятся значения белков, отвечающих за метаболизм порфириносодержащих соединений (в данном случае - бактериохлорофиллов) и биосинтез кофактора аденозилкобаламина.
С помощью вертикального поиска по таблицам, стало известно, что у 324 белков из протеомов полностью совпадают описания метаболитических путей, в которых они принимают участие (учитывая совпадающие "внутри" одного организма описания - 22 различных описаний белков на 2 протеома). У Cereibacter sphaeroides было найдено 365 описаний, а у Rhodobacter capsulatus - 357 .
Таким образом, можно говорить о схожести метаболический путей у Cereibacter sphaeroides и Rhodobacter capsulatus.