Ферменты и метаболические пути.

1. Значение кода заданного фермента

На странице БД UniProt с описанием белка UXAC_ECOLI был найден его EC код: EC=5.3.1.12. С помощью этого кода и номенклатуры IUBMB (INTERNATIONAL UNION OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY) можно определить функцию данного фермента.
Первая цифра кода (5) означает, что фермент принадлежит к классу изомераз (Isomerases), вторая цифра (3) указывает на принадлежность к подклассу внутримолекулярных оксидоредуктаз (Intramolecular Oxidoreductases). Третья цифра (1) - данный фермент участвует в реакции превращения альдоз в кетозы (Interconverting Aldoses and Ketoses), четвертая (12) - окончательно конкретизирует его функцию, а именно - фермент катализирует реакцию изомеризации глюкуронатов (glucuronate isomerase).

Уравнение катализируемой реакции: D-glucuronate = D-fructuronate, также может катализировать реакцию D-galacturonate=D-tagaturonate.
Схема реакции:

2. Метаболические пути, в которых участвует изучаемый фермент

Имя локуса гена белка UXAC_ECOLI - b3092. Проведем поиск в БД KEGG по названию локуса гена и идентификатору штамма Escherichia coli K12 - eco.
С данным геном ассоциированы 2 метаболических пути:
1. eco00040 Pentose and glucuronate interconversions (Превращения пентозы и глюкуронатов)
2. eco01100 Metabolic pathways (Метаболические пути)
Карта первого пути:

3. Поиск в KEGG структурных формул заданных соединений

Воспользуемся БД KEGG Ligand:

1. Дигидрооротат (dihydroorotate): C00337

2. Урацил (uracil): C00106

4. Поиск метаболического пути от одного заданного вещества к другому

Воспользуемся БД KEGG Pathway:

Выбранная цепочка ферментативных реакций:
путь: метаболизм пиримидинов,
цепочка: дигидрооротат > урацил.

Файл png (красным цветом обозначено начальное соединение, зеленым - конечное, желтым - промежуточные).

5. Сравнение метаболических путей у разных организмов

Возможность выбранной цепочки ферментативных реакций (дигидрооротат > урацил) в разных организмах с известными полными геномами.
Организм	Возможна ли цепочка реакций (да/нет/неизвестно)	Обоснование
Escherichia coli K-12 MG1655	да	цепочка превращений полностью совпадает с приведенной выше (см. Файл png), в ней присутствуют все ферменты, необходимые для осуществления данных реакций
Archaeoglobus fulgidus	да	-\|\|-
Arabidopsis thaliana	да	-\|\|-
Homo sapiens	да	-\|\|- (см. карту)

Оказалось, что рассмотренная мною часть цикла метаболизма пиримидинов полностью совпадает в очень далеких друг от друга организмах.
Скорее всего, данная цепочка ферментативных реакций является наиболее эффективным способом получить урацил из дигидрооротата, а может быть и единственно возможным. Поэтому эта цепочка реакций осталась неизменной в ходе эволюции.

6. Сравнение ферментов из далеких организмов

1. Найдем ферменты с EC:2.5.1.61 y человека и археи (Archaeoglobus fulgidus).
Запрос к SRS: ([uniprot-ECNumber:2.5.1.61] & ([uniprot-ID:*_HUMAN] | [uniprot-ID:*_ARCFU])). В запросе также отключим опцию использования маски, чтобы не находились ферменты с EC:2.5.1.61* (например 2.5.1.613).
По запросу было найдено 2 белка - 1 у человека и 1 у археи: HEM3_HUMAN и HEM3_ARCFU.

2. Воспользуемся режимом SW_InterProMatches для сравнения доменной организации найденных белков.

HEM3_HUMAN

Домены: Porphobil_deam (20-236 а.о.) и Porphobil_deamC (244-324 а.о.).

HEM3_ARCFU

Домены: Porphobil_deam (2-212 а.о.) и Porphobil_deamC (217-289 а.о.).

Как мы видим, доменная организация этих белков очень похожа.

3. Для определения % совпадения последовательностей гомологичных доменов из археи и человека проведем выравнивание (needle) fasta-файлов с последовательностями доменов (Porphobil_deam) белков.
Результаты выравнивания:

Identity:      85/218 (39.0%)
Similarity:   123/218 (56.4%)
Gaps:           8/218 ( 3.7%)