Ферменты и метаболические пути. База данных KEGG
1. Работа с KEGG PATHWAY
Для выполнения заданий Практикума использовалаь база данных
KEGG PATHWAY,
представляющая собой набор карт метаболических путей, в которых отражены знания о молекулярных взаимодействиях и реакционных связях.
Для дальнейшей работы был выбран метаболический путь биосинтеза каротиноидов. Каротиноиды — жирорастворимые пигменты желтого,
оранжевого, красного цвета — присутствуют в хлоропластах всех растений. Их цвет - следствие особенности структуры
(наличие С40 скелета с большим числом сопряженных двойных связей). Каротиноиды входят также в состав хромопластов в незеленых частях растений
[1].
Общие сведенья о метаболическом пути биосинтеза каротиноидов
Идентификатор в базе данных :
map00906.
На Рис.1 представлена Карта метаболического пути биосинтеза каротиноидов. Оранжевым выделен биосинтез терпеноидов, которые предшествует
биосинтезу каротиноидов, и метаболизм витамина А у животных, для которого необходимы продукты биосинтеза каротиноидов.
Светло-оранжевым подчеркнуты некоторые вещества, участвующие в других метаболических путях.
Рис.1 Карта метаболического пути.
В клетках растений каротиноиды локализованы в пластидах в виде глобул, кристаллов, белково-каротиноидных комплексов, входящих в структуру мембран.
В нефотосинтезирующих тканях и органах растений каротиноиды выполняют не связанные с фотосинтезом функции: стабилизируют клеточные мембраны,
образуя нестойкие пероксиды, предотвращают цепные реакции окисления, регулируют транспортную и биосинтетическую функции мембран, участвуют
в процессах фототропизма, фототаксиса, размножения как у растений, так и у микроорганизмов. Интенсивное освещение, низкая или высокая
температура и стимулируют образование каротиноидов в клетках, что, по-видимому, является одним из способов адаптации растений к стрессу.
Животные могут лишь пассивно накапливать каротиноиды в тканях и не способны синтезировать их de novo. До настоящего времени наиболее
изучена провитаминная функция некоторых каротиноидов, способных трансформироваться в витамин А в кишечнике и печени животных
[2].
Биосинтез каротиноидов можно разделить на несколько этапов. Первым из них является
образование мевалоновой кислоты из ацетил-кофермента А. Далее происходит превращение мевалоновой кислоты в
изопентенилпирофосфат. Во время превращения изопентенилпирофосфата в геранилгеранилпиро фосфат с последующим образованием фитоина
происходит изомеризация изопентенилпирофосфата (ИПФ) до диметилаллилпирофосфата (ДМАПФ), после чего следуют пренилтраноферазные
реакции, ведущие через геранил- и фарнезилпирофосфаты до геранилгеранилпирофосфата
[3].
Стадия образования геранилгеранилпирофосфата (С20-промежуточного продукта) является общей для биосинтеза всех изопреноидов.
На следющем этапе биосинтетического процесса принимают участие две молекулы ГГПФ и образуется первый С40-каротиноидный промежуточный
продукт, фитоин. В биосинтезе фитоина участвует С40-циклопропановый промежуточный продукт-префитоинпирофосфат [ПФПФ].
Последний промежуточный продукт в этой цепи - ион карбония - стабилизируется в результате потери протона, что и приводит к образованию фитоина.
При образовании окрашенных каротиноидов из фитоина прежде всего происходят четыре последовательные десатурации, каждая из которых
приводит к введению двойной связи и дальнейшему удлинению полиенового хромофора на две сопряженные двойные связи. Промежуточными
продуктами в этой последовательности реакций являются фито-флуин, ζ-каротин и нейроспорин, а конечным продуктом - ликопин.
Но у большинства каротиногенных систем ликопин не является конечным продуктом, а служит лишь промежуточным звеном в биосинтезе главных нормально
образующихся каротиноидов. Поэтому следующим этапом считается циклизация и связанные с ней реакции с участием двойной связи С-1,2
Окончательным этапом биосинтеза считается образование индивидуальных каротиноидов в следствие различных модификаций
[4].
Метаболический путь биосинтеза каротиноидов в разных доменах жизни
В базе данных
KEGG Organisms было выбрано три организма из
таксонов Бактерий (Acidiphilium cryptum, см. Рис.2), Эукариот (Nelumbo nucifera, см. Рис.3) и Архей (Halobacterium salinarium, см. Рис.4).
| Domain: Bacteria |
Kingdom: Plantae |
Domain: Archaea |
| Phylum: Proteobacteria |
Clade: Angiosperms |
Phylum: Euryarchaeota |
| Class: Alphaproteobacteria |
Clade: Eudicots |
Class: Halobacteria |
| Order: Rhodospirillales |
Order: Proteales |
Order: Halobacteriales |
| Family: Acetobacteraceae |
Family: Nelumbonaceae |
Family: Halobacteriaceae |
| Genus: Acidiphilium |
Genus: Nelumbo |
Genus: Halobacterium |
| Species: A. cryptum |
Species: N. nucifera |
Species: H. salinarium |
Рис.2 Карта метаболического пути для Acidiphilium cryptum.
Рис.3 Карта метаболического пути для Nelumbo nucifera.
Рис.4 Карта метаболического пути для Halobacterium salinarium.
Как и предполагалось, к биосинтезу каротиноидов способны преимущественно представители Царства растений. У Бактерий можно найти лишь один фермент из списка
(2.5.1.32), участвующий в двух превращениях в начале цикла, а у Архей биосинтез каротиноидов свойственен далеко не всем подтаксонам.
У выбранного мной организма Halobacterium salinarium присутствуют два фермента, один из которых общий для всех трех выбранных мной организмов
(2.5.1.32), а второй, участвующий в превращениях ближе к середине цикла, встречается также и у Nelumbo nucifera (CrtL-b).
2. Работа с KEGG REACTION
Дальнейшая работа проводилась с помощью базы данных
KEGG REACTION.
Реакция десатурации 15-цис-фитоена (взаимодеийствие 15-цис-фитоена с пластохиноном) в базе данных KEGG
Выбранная мной реакция имеет идентификатор
R09653. На Рис.1
соответствующий ей прямоугольник выделен бледно-желтым цветом.
Рис.5 Реакция: 15-cis-Phytoene + Plastoquinone <=> 15,9'-dicis-Phytofluene + Plastoquinol.
На Главную страницу
На страницу Семестра