Классификация функций ферментов

Описание функции фермента по его коду (EC)

Белки-ферменты хорошо изучены, и в качестве идентификатора, который указывал бы на функциональную принадлежность фермента к определенному классу, используется так называемый EC (Enzyme Commission). Он состоит из четырех чисел, между которыми стоят точки. При этом первая цифра дает наиболее обобщенное представление о ферменте (например, является ли он гидролитическим или изомеразным), а остальные конкретизируют информацию (например, какая группа является донорной в окислительно-восстановительной реакции или какой конкретно субстрат переносится).

Информация о том, какой код соответствует какой функции, может быть найдена на сайте IUPAC.

Выданный EC — 6.2.1.1

• EC 6: ферменты класса лигаз (другое название – синтетазы), катализируют процессы конденсации двух моллекул за счет энергии АТФ.
• EC 6.2: ферменты, катализирующие образование связей углерод-сера; к данному подклассу относятся ферменты, синтезирующие ацил-КоА.
• EC 6.2.1: кислотно-тиольные лигазы.
• EC 6.2.1.1:
  • Основное название: ацетат-КоА-лигаза
  • Катализируемая реакция: АТФ + ацетат + КоА = АМФ + дифосфат + ацетил-КоА
  • Синонимы: ацетил-Коа-синтетаза, ацетил-активирующий фермент, ацетат тиокиназа, ацил-активирующий фермент, ацетил-коэнзим А-синтетаза, уксусная тиокиназа, ацетил-КоА-лигаза, ацетил-КоА-синтаза, ацетил-коэнзим А-синтаза, ацил-КоА синтетаза коротких жирных цепей, ацил-коэнзим А-синтетаза коротких цепей, АКС (ACS)
  • Систематическое название: ацетат-КоА-лигаза (формирующая АМФ)
  • Комментарии: также действует на пропанат и пропенат

Международный Союз по теоретической и прикладной химии (IUPAC) был организован в 1919 году химиками, занимающимися как теорией химии, так и проблемами производства (см. ссылку).

Международная комиссия по номенклатуре ферментов была организована в 1956 году Президентом Международного Союза по биохимии после того, как накануне (в августе 1955 года) в Брюсселе на третьем международном конгрессе по биохимии было решено основать ее. (см. ссылку).

Последние изменения (новые ферменты – протеинкиназы) были внесены в базу в декабре 2005 года. (см. ссылку).

Характеристика фермента в базе данных Brenda

Общее число ферментов с заданным кодом — 205.

Катализируемая реакция

Активаторы реакции

DDT	GSH (L-глутатион восстановленный, L-γ-глутамил-L-цистеинилглицин)

Ингибиторы реакции

AMP (аденозинмонофосфат)

Аллицин (Allicin)

Оптимум pH

Минимальный оптимум pH лежит от 6.3 до 8.5, а максимальный составляет 10.2 (см. таблицу выше).

Данный фермент подвергается следующим видам посттрансляционной модификации (см. ссылку на соответствующую таблицу в документе из базы данных Brenda):

• Ацетилирование — в организме Salmonella enterica осуществляется посттрансляционная регуляция путем ацетилирования остатка Lys609. Этот процесс блокирует синтез интермедиата (аденилата), но не влияет на активность образования тиоэфиров белком.
• Протеолитическая модификация — в организме Mus musculus предполагаемый митохондриально-направленный сигнал прокладывает себе путь через транспортировку фермента в митохондриальный матрикс.

Данный фермент может иметь следующую субъединичную структуру (см. ссылку):

• Мономер, например, в организме Homo sapiens;
• Димер, например, в организме Penicillium chrysogenum;
• Тример, например в организме Saccharomyces cerevisiae.

В базе данных Brenda нет указаний на болезни человека, так или иначе связанные с данным ферментом (см. ссылку). Однако данный фермент может имееть отношение к болезни Альцгеймера. Подробнее об этом можно прочитать на сайте PubMed.

Сравнение ферментов с одинаковым кодом (EC) из эволюционно далеких организмов

С помощью SRS в банке Swiss-Prot был проведен поиск по полям ID и ECNumber. Слева в окне был выбран удобный для просмотра и сравнения доменной структуры способ отображения результатов (SW_InterProMatches). Структура запроса следующая:

Query "([swissprot-ECNumber:6.2.1.1*] & (([swissprot-ID:*_ECOLI*] | [swissprot-ID:*_HUMAN*]) | [swissprot-ID:*_Metja*])) " 

Номер файла Seq (в скрипте)	ID последовательности	AC последовательности	Идентификатор домена Pfam	Положение в последовательности
1	ACS2L_HUMAN	Q9NUB1	PF00501	142-580
2	ACSA_ECOLI	P27550	PF00501	109-547
3	ACSA_HUMAN	Q9NR19	PF00501	137-599
4	PRPE_ECOLI	P77495	PF00501	85-525
-	BIOW_METJA	-	PF03744	3-237

На основании той информации, которая приведена в базе данных Pfam для доменов PF00501 (общий для четырех найденных последовательностей) и PF03744 (встречающийся только в последовательности BIOW_METJA), можно точно сказать, что эта последовательность (выделена в таблице красным) была включена в выборку из-за несовершенства сделанного запроса. Дело в том, что домен PF03744 характерен для 6-карбоксигексанат-КоА-лигазы (EC 6.2.1.14), и этот EC подходит к сделанному запросу потому, что в запросе не требуется точного соответствия, а достаточно частичного.

Сравнение последовательностей гомологичного домена будет проводиться для первых четырех последовательностей. Вначале с помощью программы seqret были получены нужные фрагменты из них (начало и конец домена для каждой последовательности вводились вручную):

seqret sw:Q9NUB1 -sask
seqret sw:P27550 -sask
seqret sw:Q9NR19 -sask
seqret sw:P77495 -sask

• Текст скрипта, который позволяет получить выравнивания и проценцы попарной идентичности, можно посмотреть здесь.
• Выравнивания для каждой пары последовательностей:
  • Seq1 c Seq 2
  • Seq1 c Seq 3
  • Seq1 c Seq 4
  • Seq2 c Seq 3
  • Seq2 c Seq 4
  • Seq3 c Seq 4

Попарная идентичность последовательностей

Seq1 Seq2 Seq3 Seq4 Seq1 100 Seq2 54.9 100 Seq3 51.8 55.9 100 Seq4 39.5 41.9 40.4 100

В таблице слева в % приведена попарная идентичность последовательностей гомологичных доменов ферментов с одинаковыми EC. С одной стороны, для таких далеких организмов, как E.coli и человек, такая идентичность может казаться большой. И последовательности можно было бы считать довольно консервативными, если бы не тот факт, что две последовательности человека имеют примерно такой же процент идентичности, как и последовательности человека и E.coli. Еще один интересный факт — у всех последовательностей попарное сходство намного выше попарной идентичности. Я могу предположить, что это связано со следующим: последовательности доменов не являются консервативными, но число замен на несходную аминокислоту и делеций в них ограничено, скажем, необходимостью сохранять некий высококонсервативный активный центр. Поэтому проценты идентичности как у далеких гомологов (домены E.coli и человека), так и у близких (два домена E.coli) примерно одинаковы, а проценты сходства (Similarity) намного их превосходят.

О базе данных ENZYME

ENZYME — это хранилище информации, связанной с номенклатурой ферментов. В основе его лежат рекомендации Номенклатурного Комитета IUBMB. В ENZYME описывается каждый тип охарактеризованного фермента, для которого был предложен EC. Является составной частью ExPASy.