Метаболические пути. KEGG.
На главную четвертого семестра На главную e-mail

Описание ферментативной реакции

  1. Субстрат - pyruvate (пируват)
    phosphate
    O2
    H2O
  2. Продукт - acetyl phosphate (ацетил фосфат)
    CO2
    H2O2
  3. Уравнение реакции:
    Pyruvate + Orthophosphate + Oxygen <=> Acetyl phosphate + H2O2 + CO2
  4. Изображение реакции с помощью структурных формул.
  5. Название фермента: pyruvate oxidase (оксидаза пирувата)
  6. Код фермента - 1.2.3.3
    Его расшифровка:
    EC 1 Oxidoreductases (оксидоредуктаза)
    EC 1.2 Acting on the aldehyde or oxo group of donors (Действует на альдегидную или оксо группу донора.)
    EC 1.2.3With oxygen as acceptor (Взаимодействует с кислородом как акцептором.) EC 1.2.3.3pyruvate oxidase (оксидаза пирувата)
  7. Название метаболического пути - Pyruvate metabolism (метаболизм пирувата)
  8. Из чего (в пределах данного метаболического пути) мог появиться заданный субстрат:
    общее число возможных вариантов - 9
    пример - Acetyl-CoA (Ацетил-КоА)
  9. Во что дальше может превратиться заданный продукт:
    общее число возможных вариантов - 2
    пример - Acetate (Ацетат)
  10. Cписок генов, которые по данным KEGG являются ортологами гену фермента оксидазы пирувата
    BSU: BG12063(ydaP)
    BCE: BC2328
    BCA: BCE2426
    BCZ: BCZK2152
    BLI: BL00146(ydaP)
    BLD: BLi00520(ydaP)
    OIH: OB3409
    SAU: SA2327
    SAV: SAV2539
    SAM: MW2460
    SAR: SAR2619
    SAS: SAS2425
    SAC: SACOL2553
    SAB: SAB2413c
    SAA: SAUSA300_2477(cidC)
    SAO: SAOUHSC_02849
    SEP: SE2103
    SER: SERP2115
    SHA: SH0519
    SSP: SSP0333
    LMO: lmo0722
    LMF: LMOf2365_0758
    LIN: lin0730
    LLA: L0199(poxL)
    SPN: SP0730
    SPR: spr0642(spxB)
    LPL: lp_0849(pox1) lp_0852(pox2) lp_2629(pox3) lp_3587(pox4)
         lp_3589(pox5)
    LJO: LJ1853
    LAC: LBA1974(poxB)
    LSA: LSA1188(pox1) LSA1830(pox2)
    Общее количество - 35.

Реакция, которую катализируют ферменты разного типа

  1. В чем состоит различие между запросами только по заданному названию пути и со словами "reference" и "map".
    При поиске только по заданному названию пути находятся все записи KEGG, где встречаются слова "Tryptophan metabolism". Поэтому находятся пути метаболизма триптофана во всех организмах у которых есть соответствующие записи в KEGG.
    Когда в запрос добавлятся слова "reference" и "map", в результате выдается только одна карта обобщенная для всех метаболических путей триптофана всех организмов.
  2. Название заданного пути - Tryptophan metabolism (Метаболизм триптофана)
    картинка с выбранным фрагментом
  3. Сравнение 2-х ферментов с разными ЕС, но катализирующими одну реакцию в выбранном фрагменте.
Код EC 1.4.3.2 EC 2.6.1.27
Расшифровка кода EC 1 - Оксидоредуктаза
Ec 1.4 - действующий на CH-NH2 группу донора.
EC 1.4.3 - использует кислород как акцептор.
EC 1.4.3.2 - оксидаза L-аминокислот. 		EC 2 - трансфераза
EC 2.6 - Трансфераза азотосодержацей группы
EC 2.6.1 - Трансаминаза
EC 2.6.1.27 - Триптофан трансаминаза
Реакция an L-amino acid + H2O + O2 = a 2-oxo acid + NH3 + H2O2 L-tryptophan + 2-oxoglutarate = indolepyruvate + L-glutamate
Кофактор FAD Pyridoxal phosphate
Субстрат L-Amino acid [CPD:C00151];
H2O [CPD:C00001];
O2 [CPD:C00007]		 L-Tryptophan [CPD:C00078];
2-Oxoglutarate [CPD:C00026]
Продукт 2-Oxo acid [CPD:C00161];
NH3 [CPD:C00014];
H2O2 [CPD:C00027]		 Indolepyruvate [CPD:C00331];
L-Glutamate [CPD:C00025]
путь PATH: map00252  Alanine and aspartate metabolism
PATH: map00271  Methionine metabolism
PATH: map00280  Valine, leucine and isoleucine degradation
PATH: map00350  Tyrosine metabolism
PATH: map00360  Phenylalanine metabolism
PATH: map00380  Tryptophan metabolism
PATH: map00400  Phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis
PATH: map00950  Alkaloid biosynthesis I 		PATH: map00380  Tryptophan metabolism
Ортологи KO: K03334  L-amino-acid oxidase -
Гены LIL: LA4200
LIC: LIC13353(lao)		 -
Структуры PDB: 1F8R  1F8S  1REO  1TDK  1TDN  1TDO   -

Интересно заметить, что белки, принадлежащие совсем к разным классам ферментов обладают одинаковым биологическим значением. Они используют разные кофакторы. С точки зрения природы, иметь несколько типов протеинов, катализирующих одинаковую реакцию, очень выгодно. При различных условиях (например, присутствие или отсутствие кофакторов) могут включатся те или иные способы превращения субстрата. В такой ситуации получение продукта может производится постоянно, может осуществляться тонкая регуляция.

Cравнение метаболических путей у разных организмов

  1. Задание - описать биосинтез тирозина из хоризмата (сhorismate) у E.coli K-12 и внутриклеточного паразита Rickettsia prowazekii.
  2. Название пути - Phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis
    Биосинтез фенилаланин, тирозина, триптофана.
    Идентификаторы использованных карт: 00400
    path:map00400 - общая карта
    path:rpr00400 - путь у Rickettsia prowazekii
    path:eco00400 - путь у E.coli K-12.
  3. Изображение фрагмента карты(reference map).
    Синим выделены возможные пути биосинтеза тирозина из хоризмата.
  4. Количество реакций во фрагменте - 3 (два способа). Также возможен биосинтез в большее количество стадий - 4(два способа).
    Первое вещество (хоризмат) получается при ферментативной реакции (энзим EC 4.2.3.5) из 5-O-(1-Carboxyvinyl)-3-phosphoshikimate
    или из Prephenate (но это обратная реакция первой стадии синтеза)
    Во что может превратиться последнее (тирозин) - уйти на синтез белков,
    уйти на биосинтез пиромицина (Pyromycin biosynthesis),
    уйти на синтез алкалоидов (Alkaloid biosynthesis I),
    + множество реакций на карте метаболизма тирозина (Tirosine metabolism),
    превратится в 4-Hydroxy-phenylpyruvate (но это обратная реакция последней стадии синтеза).
  5. Сравнение путей у E.coli K-12 и Rickettsia prowazekii
    Путь синтеза у E.coli K-12

    Видно, что E.coli K-12 имеет все необходимые ферменты для биосинтез тирозина из хоризмата хотя бы по одному из возможных вариантов. Зеленым выделены реакции, которые можно осуществить (т.е. есть необходимые ферменты для катализирования реакции), красным - реакции, которые происходить не могут.
    Путь синтеза у Rickettsia prowazekii

    Как видно не один из возможных путей не осуществим из-за отсутствия соответствующих ферментов. Поэтому биоссинтез тирозина из хоризмата у Rickettsia prowazekii не осуществим.
  6. Предположения о биологическом смысле наблюдаемого, о том, какие последствия это имеет для жизни сравниваемых организмов.
    Известно, что при переходе к паразитирующему образу жизни происходит перестройка организма на новый тип работы. Например, может редуцироваться кишечник или происходить потеря других органов. Напротив возникает большое количество образований, которые помогают паразитировать (крючки, присоски, кутикулы и т.д.). Все эти изменения сначала происходят на генетическом уровне. Появляются новые гены, изменяются старые. При не надобности ген становится молчащим или вовсе может быть утрачен (зачем тратить нуклеотиды на синтез ДНК, которая никогда не пригодится). У внутриклеточного паразита Rickettsia prowazekii при паразитировании есть все необходимое. Зачем паразиту синтезировать что-то, если вокруг этого предостаточно. Внутри клетки тирозина достаточно его просто нужно взять, поэтому, скорей всего, развита система гидролитических ферментов, для гидролиза белков и получения необходимых аминокислот. То есть паразит всецело зависит от организма хозяина. Погиб хозяин - погиб паразит. Для него вещества, получаемые от хозяина, которые синтезировать сам не в состоянии - незаменимые
    Что касается E.coli K-12, у нее нет постоянного источника аминокислот (если, конечно, организм не живет на питательной среде; но в этом случае происходят своеобразные изменения в биохимии организма). Поэтому всегда полезно иметь возможность синтезировать недостающее вещество из того, которое в избытке. Много хоризмата мало тирозина - запускается синтез в одну сторону; много тирозина мало хоризмата - в другую. И, самое интересное, для этого есть все необходимые ферменты. В изменяющихся условиях среды такие организмы намного устойчивее.
© Тихонов Максим, 2006