База данных KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes

Часть первая. KEGG PATHWAY

В ходе данной работы используется база данных метаболических путей проекта KEGG, доступная по адресу: http://www.genome.jp/kegg/pathway.html. Анализу подверглись метаболические пути неканонической аминокислоты глутатиона.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАБОЛИЧЕСКОМ ПУТИ ГЛУТАТИОНА

Ниже приведена карта исследуемого пути метаболизма глутатиона:

Глутатион (2-амино-5-{[2-[(карбоксиметил)амино]-1-(меркаптометил)-2-оксоэтил]амино}-5-оксопентаноевая кислота, трипептид ?-глутамилцистеинилглицин, далее в тексте - GSH) является наиболее важным низкомолекулярным антиоксидантом, синтезируемым в клетках. Сульфгидрильная группа (-SH) в его составе обеспечивают удаление пероксидов и многих ксенобиотических соединений; однако GSH также участвует в регуляции клеточного цикла, в реакциях детоксификации, маркируя токсические вещества в процессе их биотрансформации с целью выведения из организма, и в синтезе лейкотриенов. Взаимодействие GSH с глутатион-S-трансферазой инициирует реакции конъюгации и восстановления, катализируемые в цитозоле, микросомах и в митохондриях [1].

Метаболизм GSH можно кластеризовать вокруг двух несмежных групп реакций: гамма-глутамиловый цикл и метаболизм трипанотионина - который далее будем обозначать Try. Try является димеризованной формой GSH, содержащей две молекулы GSH, соединённых компоновщик - spermidine (спермидином), который поставляется из сопряжённого с метаболизмом GSH биосинтезом аргинина в форме L-орнитина. Try наравне с GSH участвут в поддержании редокс-баланса в клетке [2].
В организме человека GSH синтезируется из аминокислот L-цистеина, L-глутамата и глицина, обеспечивая сульфгидрильная группой в составе последнего обеспечивает наиболее важные функциии GSH по поддержанию окислительно-восстановительного баланса. Связь между метаболическими путями исходных веществ осуществляется в метаболизме GSH непосредственно через эти вещества - см. схему. Синтез в организме происходит в гамма-глутамиловом цикле в две ATP-зависимые стадии: 1)синтез ?-глутамилцистеина из глутаминовой кислоты и цистеина ферментом ?-глутамилцистеинсинтетазой; 2)присоединение остатка глицина к С-концевой группе ?-глутамилцистеина. Первая стадия является лимитирующей в процессе синтеза [3].

Ниже указаны некоторые конченые и начальные вещества в метаболизме: в данном контексте это, соответственно, вещества, стоящие в начале линейной цепочки реакций, которые в рамках этого метаболизма нельзя получить из каких-либо других, кроме как обратимой реакцией, и вещества, стоящие в конце той же самой линейной цепочки реакций, из которых в рамках данного метаболизма нельзя получить ни одно другое, кроме как обратимой реакцией. В случае обратимых реакций записан только один вариант той. В таблице не включён гамма-глутамил цикл.

Таблица 1.Начальные и конечные вещества пути
Начальные	Конечные
Кадаверин	Гомотрипанотиона дисульфид
L-орнитин	Би(глутатионил)сперминдисульфид
L-орнитин	Трипанотионина дисульфид
GSH	Меркаптуриновая кислота
GSH	GSSG
GSH	Гомотрипанотиона дисульфид
GSH	Би(глутатионил)сперминдисульфид

Метаболизм глутатиона в разных доменах жизни

Из доступных в базе KEGG организмов были выбраны метаболические пути GSH для Escherichia coli/Кишечной палочки, Methanocaldococcus jannaschii, Pan troglodytes/Обыкноыенного шимпанзе. По базе данных Taxonomy библиотеки NCBI ниже представлена таксономия для данных организмов.

Таблица 2.Таксономия выбранных организмов
Domain	Phylum	Class	Genus	Species
Eukaryota	Chordata	Mammalia	Pan	Pan troglodytes
Archaea	Euryarchaeota	Methanococci	Methanocaldococcus	Methanocaldococcus jannaschii
Bacteria	Proteobacteria	Gammaproteobacteria	Escherichia	Escherichia coli (str. K-12 substr. MG1655)

На основании данных метаболических карт мы можем судить о возможности протекания реакций метаболических путей GSH в этих организмах.

Полнее всего метаболизм GSH представлен у шимпанзе, где полностью протекают гамма-глутамиловый цикл и метаболизм трипанотиона, реализуются GSH-GSSG переход, синтез Bis-γ-glutamylcystine, Mercapturic acid. Линейная цепочка из исходного пути метаболизма кадаверин --> гомотрипанотионина дисульфид сохраняется. Трипанотионовый метаболизм распадается, остаётся возможность синтеща дисульфида трипанотиона из трипанотиона, последний производит циклическое превращение Tryparedoxin disulfide - Tryparedoxin через фермент ribonucleoside-diphosphate reductase (EC:1.17.4.1) и, отдельно, синтещ спермина из L-орнитина. В этом же организме представлено большиснтво ферментов.

У E.coli γ-глутамиловый цикл остался не полностью, он представляет из себя несколько разветвлённых реакций, продуктами GSH в котором служат 5-оксопролин и L-γ-гулатмил-L-аминокислота, непереходящи друг в друга. Циклическими остаются переходы GSH->L-цистеинил-глицин->L-цистеин->L-глутамилцистеин->GSH и GSH->L-цистеинил-глицин->глицин->GSH. Редокс-буфер GSH-GSSG так же сохраняет свою функцию, потому как этот переход в организме осуществим. Реализуются так же синтезы Bis-γ-glutamylcystine, Mercapturic acid, но в рамках метаболизма трипанотиона возможна теперь более полная линейная цепочка: от L-орнитина из аргининового биосинтеза до трипанотионина (синтез обрывается ранее, нежели чем в предыдущем случае), с возможностью (чего так же не было в прошлом случае) перехода промежуточного глутитаонил-спермицина в GSH. Линейная цепочка из исходного пути метаболизма кадаверин --> гомотрипанотионина дисульфид так же сохраняется.

У археи Methanocaldococcus jannaschii метаболизм GSH можно считать не представленным. У этого организма, как и у всех предыдущих, представлена линейная цепочка кадаверин --> гомотрипанотионина дисульфид характерная для изначального метаболизма, когда как сохранившийся обрывок синтеза трипанотионина: putrescine --> спермидин не имеет в своём составе краевых точек исходного пути. То же самое для γ-глутамилового цикла: фермент PepN, представленный в данном организме, способен опосредовать единственную реакцию: распад цистеинил-глицина на глицин и цистеин.

Выводы:

1. Methanocaldococcus jannaschii осуществлять даннный путь не способна, защиту от окислительного стресса в данном организме на себя берёт какая-то иная молекула, когда как в остальных двух GSH способен выполнять свои исходные функции и метаболизм его проходит полно, большинство реакций из возможных сохраняется.
2. В организме E.coli γ-глутамиловый цикл и метаболизм трипанотионина остаются связаны, когда как в организме шимпанзе они распадаются.
3. Во всех трёх организмах представлена линейная цепочка последовательных реакций кадаверин --> гомотрипанотионина дисульфид с сохранением исходных для данного пути начального и конечного вещества, другие неполные линейные цепочки с иными начальными и конечными веществамми в организмах так же представлены: как то разложение глутатиона у Methanocaldococcus jannaschii (подробнее см. выше)
4. У каждого из выбранных организмов присутствуют следующие ферменты, найденные по б.д. ENZYME KEGG:
   • Spermidine synthase [EC:2.5.1.16]
   • TryS - trypanothione synthetase/amidase [EC:6.3.1.9 3.5.1.-], в частности TcTryS - Trypanosoma cruzi trypanothione synthetase
   • TcTryR - Trypanosoma cruzi trypanothione reductase [EC:1.8.1.12]
   • PepN - aminopeptidase N [EC:3.4.11.2]

Часть вторая. KEGG REACTION

Реакция декарбоксилирования изоцитарата в базе данных KEGG

Данная реакция представлена в базе данных KEGG под идентификатором R00267 или по ссылке: http://www.genome.jp/dbget-bin/www_bget?rn:R00267 В метаболизме GSH реакция происходит на стадии перехода восстановленного GSH в его окисленную форму - GSSG и осущствляется ферментом изоцитрат-дегидрогеназой (EC 1.1.1.42).

Ссылки на ресурсы:

• Glutathione: Overview of its protective roles, measurement, and biosynthesis
• wiki/Trypanothione
• wiki/Glutathione

Вернуться назад

©Solonovich Vera,2017