Учебный сайт
Главная Семестры Проекты Обо мне

ЕС код фермента белка 6PGD_ECOLI

На странице белка 6PGD_ECOLI БД UniProt был найден код EC=1.1.1.44
По данным базы IUBMB код был расшифрован:
  • EC 1
    Oxidoreductases
    Оксиредуктазы (ферменты, катализирующие реакции с переносом электронов)
    • EC 1.1
      Acting on the CH-OH group of donors
      для которых в качестве доноров выступают СH-OH группы
      • EC 1.1.1
        With NAD+ or NADP+ as acceptor
        а в качестве акцепторов - NAD+ или NADP+
        • EC 1.1.1.44
          phosphogluconate dehydrogenase (decarboxylating)
          фосфоглюконат дегидрогеназа (декарбоксилирующая)
Уравнение и графическое изображение катализируемой реакции:
красным отмечен катализатор, синим - продукты реакции, зеленым - реагенты.

Метаболические пути фермента из белка 6PGD_ECOLI

В записи о белке 6PGD_ECOLI в БД UniProt было найдено название локуса гена: b2029.
В результате поиска гена по названию локуса в базе KEGG среди генов Escherichia coli K12 была найдена запись eco:b2029. В поле Pathways этой записи содержатся 3 идентификатора метаболических путей, ассоциированных с этим геном: 
 ID eco00030  Pentose phosphate pathway
	      Пентозофосфатный путь
	      посмотреть карту пути  
	      Красным отмечен фермент 6-фосфоглюконат дегидрогеназы
 ID eco00480  Glutathione metabolism
	      Метаболизм глутатиона

 ID eco01100  Metabolic pathways
	      Метаболические пути

Структурные формулы химических соединений

В базе данных химических соединений KEGG LIGAND был проведен поиск двух веществ: 
Цитрат / Citrate
ID C00158
Структура:


Глиоксилат / Glyoxylate
ID C00048
Структура:

Поиск метаболического пути между двумя веществами

Поиск осуществлялся в БД KEGG Pathway между веществами цитрат и глиоксилат (см. предыдущее задание). Было найдено 2 карты, в которых одновременно присутствовали оба соединения. Одна из них - Metabolic pathways, общая карта. Другая - Glyoxylate and dicarboxylate metabolism, карта для более специфических путей, она и была выбрана. 
 
Выбранная цепочка ферментативных реакций:
путь: метаболические пути глиоксилата и дикарбоксилата
цепочка: цитрат → глиоксилат
Путь от цитрата к глиоксилату через промежуточные соединения цис-акониат и изоцитрат (3 стадии катализа) был отмечен на карте: посмотреть
* красным отмечено первое соединение цепочки, желтым - промежуточные, зеленым - последнее соединение цепочки

Сравнение метаболических путей у разных организмов

Карта, полученная в предыдущем задании, была переведена в режим разных организмов. В некоторых из этих организмов ферменты, необходимые в реакции, оказались незакодированы.

Возможность выбранной цепочки ферментативных в разных организмах с известными полными геномами.
Организм Возможна ли цепочка реакций
(да/нет/неизвестно)		 Обоснование
Escherichia coli K-12 MG1655 да
посмотреть карту 		все ферменты, необходимые в цепочке, присутствуют, хотя большой части ферментов пути нет
Archaeoglobus fulgidus нет ни одного фермента цепочки не закодировано (в общем среди всех ферментов пути присутствуют только 3)
Arabidopsis thaliana да
посмотреть карту 		все ферменты, необходимые в цепочке, присутствуют, хотя большой части ферментов пути нет
Homo sapiens неизвестно
посмотреть карту 		для фермента, катализирующего последнюю стадию (EC 4.1.3.1), гены неизвестны; вероятно, несмотря на то, что ген неизвестен, цепочка возможна, так как все остальные ферменты присутствуют; необходимо искать неизвестный ген.
Если рассмотреть параллельный путь между цитратом и глиоксилатом, также проходящий через 3 катализируемые стадии (через оксалоацетат и (S)-малат), однако не имеющий направления, результаты похожи: 
в Escherichia coli K-12 MG1655 все ферменты цепочки присутствуют 
в Archaeoglobus fulgidus       1 фермент (EC 2.3.3.9) отсутствует (возможно, еще не обнаружен)
в Arabidopsis thaliana         все ферменты цепочки присутствуют 
в Homo sapiens                 1 фермент (EC 2.3.3.9) отсутствует (возможно, еще не обнаружен)
Таким образом, альтернативный путь может оказаться более распространенным, так как потенциально во всех 4 организмах путь возможен, в то время как первый путь точно не возможен в Archaeoglobus fulgidus.

Сравнение ферментов из далеких организмов

Для сравнения был взят фермент с ЕС=1.11.1.6. Этот фермент, согласно расшифровке IUBMB, является оксиредуктазой, использующей пероксид, как акцептор, а конкретно - каталазой: она разлагает образующуюся в процессе биологического окисления перекись водорода на воду и молекулярный кислород. В SRS был создан запрос для поиска фермента среди белков человека и археи Archaeoglobus fulgidus.
Текст запроса (опция маски для ECNumber была снята, чтобы не были найдены такие EC, как 1.11.1.60 и проч): 
(([uniprot-ID:*_human*] | [uniprot-ID:*_arcfu*]) &  [uniprot-ECNumber:1.11.1.6])
Было 4 находки, среди которых 3 принадлежат человеку, а одна - архее: 
CATA_HUMAN
D3DR07_HUMAN
B4DWK8_HUMAN
KATG_ARCFU
При этом при переходе в UniRef100 осталось только 3 разные записи (D3DR07_HUMAN и CATA_HUMAN соответствовали одной записи UniRef).

В режиме SW_InterProMatches были сравнены доменные организации найденных белков.

 Для белков человека в Pfam описаны 2 домена:
PF00199 Catalase/каталаза. PF06628 Catalase-related immune-responsive/домен, относящийся к каталазе, отвечающий на иммунный сигнал.

Для белка археи в Pfam описан дублированный домен:
PF00141 Peroxidase/пероксидаза.

Пероксидазы и каталазы являются родственными ферментами (пероксидаза имеет EC=1.11.1.7 и участвует в реакциях окисления доноров электронов с восстановлением пероксидов), каталаза может выступать в роли пероксидазы. В некоторых микроорганизмах, в том числе в рассматриваемой архее, каталаза выполняет дополнительную роль пероксидазы и носит название каталазы-пероксидазы.
Для дальнейшего анализа были выбраны белки CATA_HUMAN и KATG_ARCFU

Поиск ортологов:

Ген, соответствующий белку CATA_HUMAN, - CAT, id в KEGG - hsa:847.
Ген, соответствующий белку KATG_ARCFU, - katG, в KEGG - afu:AF2233

Для гена белка CATA_HUMAN лучшим ортологом из архей стал Mbur_0523, каталаза, UniProt ID находки - Q12YH1_METBU, организм Methanococcoides burtonii (strain DSM 6242). Процент идентичности 0.567, перекрытие последовательностей 494.
Для гена белка KATG_ARCFU лучшим ортологом среди эукариот стал AO090010000722, каталаза-пероксидаза, UniProt ID находки - KATG_ASPOR, организм Aspergillus oryzae. Процент идентичности 0.574, перекрытие последовательностей 734.
Таким образом, гомолог человеческого белка в археях имеет ферментативную функцию каталазы (как и белок человека), а гомолог белка археи в эукариотах имеет ферментативную функцию каталазы-пероксидазы (как и белок археи, причем организм, в котором нашелся гомолог, принадлежит к царству грибы).

Археи и человек находятся на огромном эволюционном расстоянии друг от друга. Однако они обладают ферментами, выполняющими сходные функции: восстановление пероксидов. Но несмотря на сохранение функции ферментов, ближайшие гомологи человеческого фермента в археях и фермента архей в млекопитающих находятся (хоть и с хорошим процентом идентичности: более 50%) в организмах, удаленных от Archaeoglobus fulgidus и человека соответственно. Таким образом, в процессе эволюции функция фермента сохранялась, последовательность менялась сильнее.
© Яшина 2009