Функции

На главной странице IUPAC в разделе биохимической номенклатуры изучены функции класса ферментов EC 4.2.1.2. Каждая цифра в этом коде имеет свою расшифровку.

Лиазы - это ферменты, расщепляющие C-C, C-O, C-N и другие связи иначе, чем путем гидролиза или окисления. Они отличаются от других ферментов тем, что в одном направлении в реакцию вступают 2 вещества, а в другом - только одно. Если лиаза действует на одно вещество, то отщепляется некоторая молекула и образуется либо новая двойная связь, либо новый цикл. Проще говоря, лиазы катализируют реакции элиминирования.

4.2

C-O-лиазы - ферменты, расщепляющие связь C-O.

4.2.1

Гидролиазы - ферменты, катализирующие реакции дегидратации

4.2.1.2

Фумаратгидратаза.

Реакция:

(S)-малат = фумарат + H2O

В частности, эта реакция встречается в цикле Кребса

Изучим последовательности ферментов с этим кодом из различных организмов. Для этого воспользуемся SRS и попробуем найти ферменты с заданным кодом из трех разных организмов: кишечной палочки Escherichia coli K-12, археи Methanococcus jannaschii и человека в Swissprot/Uniprot. В этом нам поможет следующий запрос:

([uniprot-ECNumber:4.2.1.2] & (([uniprot-ID:*_Human] | [uniprot-ID:*_Metja]) | [uniprot-ID:*_Ecoli]))

Чтобы в выдаче не попадалось кодов типа 4.2.1.20, надо убрать галочку параметра Use wildcards. В итоге получаем 6 белков, 3 из кишечной палочки, 2 из археи, 1 из человека, и то предшественник. Белки из археи предположительные, имен генов не имеют, мы их рассматривать не будем. Попробуем сравнить доменную структуру оставшихся.

Табл. 1. Сравнение доменной структуры.

	UniProt ID	UniProt AC	Имя гена	Первый домен		Второй домен
	UniProt ID	UniProt AC	Имя гена	Идентификатор Pfam	Положение в последовательности	Идентификатор Pfam	Положение в последовательности
1	FUMA_ECOLI	P0AC33	FUMA	PF05681	47-328	PF05683	332-541
2	FUMB_ECOLI	P14407	FUMB	PF05681	47-328	PF05683	332-541
3	FUMC_ECOLI	P05042	FUMC	PF00206	12-342
3	FUMH_HUMAN	P07954	FH	PF00206	58-389

Сразу видно большое сходство первых двух белков, содержащих одни и те же домены точно в одних и тех же местах последовательности. Видно, что третий и четвертый белки устроены иначе, содержат другие домены. Попробуем сравнить гомологичные домены в разных белках. Воспользуемся встроенной в SRS программой NeedleP. Запустим выравнивание домена с идентификатором PF05681 (Fumerase) из первых двух белков.

Результат.

Можно заметить сильное сходство доменов (Identity 94%, совпадают 265 из 282 аминокислот). Проверим вторую пару гомологичных доменов с идентификатором PF05683 (Fumerase_C).

Результат

Хотя сходство этих доменов и ниже, значение Identity все равно остается равным 89.5%, т.е. очень высоким. В последовательности вообще нет гэпов. Повторим то же для третьего и четвертого белков и домена - PF00206 (Lyase_1). Судя по названию, этот домен облажает меньшей специфичностью. И это действительно так, т.к. в Pfam в качестве белков с этим доменом упоминаются как фумаразы, так и аргиносукцинатлиазы, аспартатаммонийлиазы и другие лиазы.

Результат.

Значение Identity еще ниже - 60.4%, то есть родство уже отдаленное. В последовательности есть гэпы, но только 2. В остальном качество выравниванеия удовлетворительное. Выводы таковы. Белки FUMA_ECOLI и FUMB_ECOLI проявляют очень высокую степень сходства. Судя по данным UniProt, главное их отличие - в области выполнения функции. Первый фермент функционирует в аэробных условиях, второй - в анаэробных. При этом у них обнаружен высокий уровень сходства по обоим гомологичным доменам. FUMC_ECOLI - это совсем другой белок. Он принадлежит к другому классу фумараз и имеет другую субъединичную структуру. Этим он похож на человеческий белок FUMH_ECOLI. Доменное строение их также сходно. Сравнение последовательностей гомологичных доменов обнаруживает значительное сходство для белков из разных эволюционно далеких организмов.