Функции. Ферменты. Метаболические пути. А.Б.Рахманинова, 2010
реклама
Функции. Ферменты. Метаболические пути. А.Б.Рахманинова, 2010 Вопросы • Сколько всего разных функций бывает? • А сколько клетке нужно? • Генов с какими функциями больше всего в геноме? Зачем? • Насколько отличаются наборы функций у разных организмов? • Можно ли предсказать функцию по структуре или последовательности? Пробуем выделить классы белков по функции • Молекулярные машины – рибосома, АТФ-синтетаза • Ферменты - РНК-зависимая РНК-полимераза • Регуляторные белки – регулируют биологические процессы, например, активность ферментов – TetR • Хранение и транспорт (ионов, маленьких молекул) – гемоглобин • Транспорт через мембраны – TetA • Секреторные взаимодействие с другими клетками – инсулин • Структурные • Другие ………. Классификация ферментов сделана лучше, чем классификации всех белков Организации: IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry (http://www.iupac.org/) IUPAC-IUBMB: International Union of Biochemistry and Molecular Biology (http://www.iubmb.unibe.ch/) Классификация ферментов: Enzyme Nomenclature (http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/) Классификация основана на “EC number” (например, EC 1.1.1.1) Классифицируются не белки, а катализируемые ими реакции! EC (Enzyme Commission) number определяет иерархическую классификацию ферментов Шесть основных классов ферментов • ЕС 1 – оксидоредуктазы (oxidoreductases). • ЕС 2 – трансферазы (transferases). • ЕС 3 – гидролазы (hydrolases). • ЕС 4 – лиазы (lyases). • ЕС 5 – изомеразы (isomerases) • ЕС 6 – лигазы (ligases). Group Reaction catalyzed Typical reaction EC 1 Oxidoreductases To catalyze oxidation/reduction reactions; transfer of H and O atoms or electrons from one substance to another AH + B → A + BH (reduced) A + O → AO (oxidized) EC 2 Transferases Transfer of a functional group from one substance to another. The group may be methyl-, acyl-, amino- or phosphate group AB + C → A + BC EC 3 Hydrolases Formation of two products from a substrate by hydrolysiss AB + H2O → AOH + BH EC 4 Lyases Non-hydrolytic addition or removal of groups from substrates. C-C, C-N, C-O or C-S bonds may be cleaved RCOCOOH → RCOH + CO2 EC 5 Isomerases Intramolecule rearrangement, i.e. isomerization changes within a single molecule AB → BA EC 6 Ligases Join together two molecules by synthesis of new C-O, C-S, C-N or C-C bonds with simultaneous breakdown of ATP X + Y+ ATP → XY + ADP + Pi Общепринятая иерархическая классификация ферментативных реакций EC 1 Oxidoreductases EC 1.1 Аcting on the CH-OH group of donors EC 1.1.1 With NAD or NADP as acceptor EC 1.1.1.1 alcohol dehydrogenase … EC 1.1.1.3 homoserine dehydrogenase EC 1.1.2 With a cytochrome as acceptor EC 1.2 Acting on the aldehyde or oxo group of donors EC 2 Transferases EC 2.1 Transferring one-carbon groups EC 2.1.1 Methyltransferases EC 2.1.1.1 nicotinamide N-methyltransferase EC 3 EC 4 EC 5 ЕC 6 Hydrolases Lyases Isomerases Ligases Три свойства белка. Как они связаны? Последовательность ? ? 3D структура Функция ? Пространственные структуры более консервативны, чем последовательности. Высокое сходство структур свидетельствует о гомологии Гемоглобин свиньи и миоглобин кита Сходство структур Внутри одного класса 3Dструктур можно найти белки с seq. id 20%. Сходство последовательностей Фермент – это не белок, а свойство белка CYSG_ECOLI Бывают ли в одном гомологичном семействе белки с разной функцией? 190 семейств EC versus Id Последовательность структуры практически одинаковы, если Id>20% При Id>40% функция ферментов сохраняется в 90% случаев 3D структура Функция ? Дивергентная эволюция функции на базе одной структуры (пример из статьи Hegyi H, Gerstein M. J Mol Biol. 1999 Apr 23;288(1):147-64 ) 1 Оксидоредуктазы EC 1.*.* 3 Гидролазы EC 3.*.* 4 Лиазы EC 4.*.* 5 Изомеразы EC 5.*.* Конвергентная эволюция функции: аналогичные ферменты CAH5_MOUSE • ЕС 4.2.1.1 • Карбангидраза H2CO3 = CO2 + H2O CAH_METTE Конвергентная эволюция ферментов встречается часто Наблюдение: 1,8 функции на один тип структуры( folds), но 2,5 фолдов на одну функцию Вопросы • Один белок – один фермент? (нет) • Гомологичные белки – одинаковые EC коды? (при Id>40%, скорее, да • Одинаковые EC коды – гомологичные белки? Часто, но далеко не всегда!) Метаболические пути. БД KEGG Метаболический путь Метаболический путь – сеть ферментативных реакций, таких, что продукт одной реакции является субстратом другой. Принято изображать в виде графа, вершинами которого являются идентификаторы реактантов. KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes KEGG: 16 основных БД KEGG: система идентификаторов KEGG PATHWAY KEGG GENOME KEGG GENES KEGG ENZYME KEGG COMPOUND KEGG REACTION KEGG ORTHOLOGY KEGG GLYCAN KEGG RPAIR KEGG BRITE KEGG DRUG KEGG MODULE KEGG DISEASE map number organism code (T number) locus_tag/NCBI GeneID EC number C number R number K number G number A number br number D number M number H number С00047 - лизин K04527 – инсулиновый рецептор hsa5210 – путь возникновения рака простаты KEGG: биологические процессы KEGG PATHWAY 91,564 пути на основе 345 «reference pathways» Reference pathway Homo sapiens
