Классификация функций. Коды ферментов.

1. Значение кода фермента 2.1.3.3

   На главной странице сайта IUPAC (lnternational Union of Pure and Applied Chemistry) был выбран раздел, посвященный химической номенклатуре. Далее - по ссылке на страницу совместной комиссии IUBMB-IUPAC по биохимической номенклатуре (JCBN). На открывшейся странице выбирается раздел по номенклатуре ферментов.

   2 - относится к классу трансфераз - ферментов, которые переносят химическую группу, например метильную или гликозильную, с одной молекулы, которую, как правило, называют донором, на другую молекулу, которую, как правило, называют акцептором [т.е первая цифра указывает на принадлежность к одной из шести крупных групп: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы];
   Принятые названияи трансфераз обычно строятся по схеме 'acceptor grouptransferase' или 'donor grouptransferase'.
   Во многих случаях донор является одновременно кофактором (коферментом), несущим группу, которая должна быть перенесена.
   2.1 - перенос групп, содержащих один атом углерода [вторая цифра означает тип переносимой группы];
   2.1.3 - карбокси- и карбамоилтрансферазы [третья цифра указывает на тип молекул, которые отдают переносимую группу, иначе говоря на тип донора группы];
   2.1.3.3 - орнитин карбамоилтрансфераза [четвертая и последняя цифра однозначно указывает на катализируемую реакцию];

2. Сравнение последовательностей ферментов с одинаковым кодом из эволюционно далеких организмов

   C помощью SRS в UniProt по коду 2.1.3.3 был проведен поиск всех ферментов из 3-х хорошо изученных модельных организмов: Escherichia coli K-12, Methanococcus jannaschii и Homo sapiens. Использовался следующий запрос: ([swissprot-ECNumber:2.1.3.3*] & (([swissprot-EntryName:*_ecoli*] | [swissprot-EntryName:*_human*]) | [swissprot-EntryName:*_metja*]))

   Полученные результаты, представленные в виде 'SW_InterProMatches', отображены в приведенной ниже таблице.

   ?	UniProt ID	UniProt AC	Имя гена	Первый домен		Второй домен
   				Идентификатор Pfam	Положение в последовательности	Идентификатор Pfam	Положение в последовательности
   1	OTC1_ECOLI	P04391	ARGI	PF00185	153-330	PF02729	6-147
   2	OTC2_ECOLI	P06960	ARGF	PF00185	153-330	PF02729	6-147
   3	OTC_HUMAN	P00480	OTC	PF00185	186-341	PF02729	40-182
   4	OTC_METJA	Q58291	ARGF	PF00185	144-301	PF02729	1-140

   Дальнейший анализ сходства последовательностей аминокислот производился с использованием инструментов Unix. Посмотреть список основных команд и их значение можно в Manual.

   Предварительно был написан скрипт, который:

   1. извлек из полученных последовательностей фрагменты, соответствующие доменам;
   2. записал фрагменты из каждой последовательности в файл domain1.fasta и domain2.fasta;
   3. сделал два множественных выравнивания программой Muscle;
   4. составил таблицы попарного сходства для первого и второго домена.

   Текст скрипта приводится ниже.

   seqret otc1_ecoli.fasta dom1_1.fasta -sbegin1 153 -send1 330
   seqret otc2_ecoli.fasta dom1_2.fasta -sbegin1 153 -send1 330
   seqret otc_human.fasta dom1_3.fasta -sbegin1 186 -send1 341
   seqret otc_metja.fasta dom1_4.fasta -sbegin1 144 -send1 301
   

   seqret otc1_ecoli.fasta dom2_1.fasta -sbegin1 6 -send1 147
   seqret otc2_ecoli.fasta dom2_2.fasta -sbegin1 6 -send1 147
   seqret otc_human.fasta dom2_3.fasta -sbegin1 40 -send1 182
   seqret otc_metja.fasta dom2_4.fasta -sbegin1 1 -send1 140
   

   cat dom1_1.fasta > domain1.fasta
   cat dom1_2.fasta >> domain1.fasta
   cat dom1_3.fasta >> domain1.fasta
   cat dom1_4.fasta >> domain1.fasta
   

   cat dom2_1.fasta > domain2.fasta
   cat dom2_2.fasta >> domain2.fasta
   cat dom2_3.fasta >> domain2.fasta
   cat dom2_4.fasta >> domain2.fasta
   

   muscle -in domain1.fasta -out domain1_alignment.msf -msf
   muscle -in domain2.fasta -out domain2_alignment.msf -msf
   

   fprotdist domain1_alignment.msf domain1.fprotdist -method s -auto
   fprotdist domain2_alignment.msf domain2.fprotdist -method s -auto
   

   Здесь можно увидеть полученные выравнивания.

   Таблицы попарных сходств доменов PF00185 и PF02729 соответственно.

   Table of similarity between sequences OTC1_ECO OTC2_ECO OTC_HUMA OTC_METJ OTC1_ECOLI 1.000000 0.876404 0.387097 0.391026 OTC2_ECOLI 0.876404 1.000000 0.387097 0.371795 OTC_HUMAN 0.387097 0.387097 1.000000 0.403846 OTC_METJA 0.391026 0.371795 0.403846 1.000000

   Table of similarity between sequences OTC_METJ OTC_HUMA OTC1_ECO OTC2_ECO OTC_METJA 1.000000 0.428571 0.417266 0.395683 OTC_HUMAN 0.428571 1.000000 0.432624 0.404255 OTC1_ECOLI 0.417266 0.432624 1.000000 0.894366 OTC2_ECOLI 0.395683 0.404255 0.894366 1.000000

   К полученным результатам можно сделать несколько замечаний.

   1. Аминокислотные последовательности доменов (как первого, так и второго) для двух белков из Eicherichia coli K12 очень похожи (процент попарного сходства и в том, и в другом случае превышает 85%).
   2. Несмотря на низкие проценты попарного сходства между такими последовательностями, как OTC_HUMAN и OTC1_ECO, принадлежащим эволюционно далеким организмам (цифры варьируют от 38% до 43%), белки, по всей видимости, катализируют одну и ту же реакцию. Это в значительной мере объясняется тем, что для выполнения белком определенной функции, ключевую роль играет не аминокислотная последовательность, а пространственная структура.
   3. На множественном выравнивании видно, что в доменных последовательностях каждого из ферментов есть консервативные позиции, которые, вероятно, соответствуют т.н. активным центрам.