Молочная кислота - продукт ферментации сахара, источник углерода и электронов для поддержания роста, нужна для построения клеточной стенки и обуславливает устойчивость к ванкомицину (1). Существуют стереоспецифические лактатдегидрогеназы, способные производить оба изомера молочной кислоты. Но если какого-то их них нет, то лактат рацемаза катализирует взаимное превращение D- и L- изомеров лактата. (2) Впервые был описан из бактерии Lactobacillus plantarum.
Белок содержит неизвестный ранее ковалентно связанный никель-клещевой нуклеотид (NPN) кофактор (мононуклеотид пиридиния 3-тиоамид-5-тиокарбоновой кислоты), где атом никеля связан с C4 пиридинового кольца и двумя атомами серы. Этот кофактор участвует в протонном механизме переноса гидрида. (3)
Большинство лактобацилл продуцируют dl-лактат, но соотношение двух изомеров сильно варьируется. В основном это связано с разной активностью ферментов LdhD и LdhL. (4, 5) Есть лактобациллы, у которых продуцируется только D (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus) , а у каких то только L (Lactobacillus casei) , что согласуется с наличием/отсутствием ферментов. (5, 6)
Lactobacillus plantarum -широкораспространенная молочнокислая бактерия. Обитает во многих пищевых продуктах (сырье, мясо, молочные продукты), в слизистой оболочке животных. Используется для ферментации пищевых продуктов для повышениях их качеств. (7)
Посмотрим на те результаты, в которых названия гена и белка будет такие же, как и у нашего белка. Так, мы отсечем случаи, схожих названий генов с разными функциями, а так же записи не о самой рацемазе, а о других сопутсвующих ей белках.
Введя в поиск запрос "gene:lara name:"lactate racemase" NOT organism:"bioreactor metagenome" и нажав кнопку "Taxonomy" в разделе "View by" было выяснено, что лактат рацемаза содержится только в бактериях, причем преимуществено (1665 записей), и в археях (403).
Экспериментальные доказательства на уровне белка. Запрос: gene:lara name:"lactate racemase" NOT organism:"bioreactor metagenome" existence:"Evidence at protein level [1]" Результат по данному запросу - 2 белка F9USS9 и D9TQ02. Белки выделены из L. plantarum и T. thermosaccharolyticum соответственно.
На основе предсказаний в результатах содержится информация о 2066 белках.
По запросу gene:lara name:"lactate racemase" annotation:(type:mutagen) найдем случаи мутагенеза в белках лактат рацемазы. Подтвержденная информация есть только о белке F9USS9. Для него показано 8 мутаций замен одной аминокислоты на другую, что приводило к снижению каталитической активности.
Исследуемый белок является репрезентативным во всех кластерах.
uniref100: Здесь 3 записи. Сидом является запись из UniParc, полученная из того же организма. Длина этой записи не 424 аминокислотных остатках, а 433. Третья запись в кластере получена из родственного Lactobacillus helveticus.
uniref90: Сид - UPI000766E162 из Lactiplantibacillus plantarum. В кластере 80 записей. 78 принадлежат организмам из рода Lactiplantibacillus (Lactobacillus). Из них 36 о Lactobacillus plantarum, оставшиеся - различных видах этого рода. Есть упоминание об одной записи Apilactobacillus timberlakei, и Bifidobacterium longum. Они из семейства лактобацилл.
uniref50: Здесь разнообразие организмов сильно выше. Показано 888 записей. Много представителей семейства лактобацилл, клостридий, селеномонад.
Я решила сравнить протеом моего организма с протеомом E.coli.
E.coli - модельный простой объект, на котором ставят большинство экспериментов. Мне стало интересно насколько она похожа на другую бактерию и как представлена эта функциональная группа в ней. Интересно в контексте генной инженерии и встраивании метаболических путей в другие организмы.
Информация о Lactobacillus plantarum и Escherichia coli .
Исследование протеома Lactobacillus plantarum и Escherichia coli.
Как можно заметить, доля ферментов и трансмембранных белков примерно схожа. В отличие от белков, связанных с никелем.
Молекулярные функции белков, содержащих никель в Escherichia coli
В E.Coli имеется три гидрогеназы. (8) Для их работы нужен никель. Для успешной посадки никеля в активный центр нужны другие белки, которые также имеют в своем составе участки присоединения металла. 9 белков связаны с работой этих гидрогеназ.
Лактоилглутатионлиаза - катализирует изомеризацию гемитиоацеталь в S-лактоилглутатион.
Никель-чувствительный регулятор - репрессор транскрипции оперона nikABCDE при больших количествах никеля внутри клетки.
Соответственно белки, имеющие участок связывания никеля в E.coli и L.plantarum - совершенно разные. Это объясняется тем, что никель широко распространен в качестве кофактора для ферментов. Большую представленность белков, связанных с никелем в E.Coli можно объяснить многообразием гидрогеназ и установщиков никеля.
8 - https://www.uniprot.org/uniprot/P0ACD8
9 - https://www.uniprot.org/uniprot/P0AC81
10 - https://www.uniprot.org/uniprot/P0A6Z6
1 - Walsh, C. T. Vancomycin resistance: decoding the molecular logic. Science 261, 308309 (1993).
2 - Lactate Racemization as a Rescue Pathway for Supplying d-Lactate to the Cell Wall Biosynthesis Machinery in Lactobacillus plantarum
3 - Rankin JA, Mauban RC, Fellner M, Desguin B, McCracken J, Hu J, Varganov SA, Hausinger RP (2018). "Lactate Racemase Nickel-Pincer Cofactor Operates by a Proton-Coupled Hydride Transfer Mechanism". Biochemistry. 57 (23): 32443251. doi:10.1021/acs.biochem.8b00100. OSTI 1502215. PMID 29489337.
4 - Garvie, E. I. 1980. Bacterial lactate dehydrogenases. Microbiol. Rev.44:106-139.FREE Full TextGoogle Scholar.
5 - Stetter, K. O., and O. Kandler. 1973. Formation of d-lactic acid by lactobacilli and characterization of a lactic acid racemase from several streptobacteria. Arch. Microbiol.94:221-247
6 - Manome A, Okada S, Uchimura T, Komagata K. The ratio of L-form to D-form of lactic acid as a criteria for the identification of lactic acid bacteria. J Gen Appl Microbiol. 1998 Dec;44(6):371-374. doi: 10.2323/jgam.44.371. PMID: 12501403.
7 - Corsetti, A., & Valmorri, S. (2011). Lactic Acid Bacteria | Lactobacillus spp.: Lactobacillus plantarum. Encyclopedia of Dairy Sciences, 111118. doi:10.1016/b978-0-12-374407-4.00263-6
Пишите письма сюда сюда или сюда