Функции . Ферменты. Метаболические пути .

1. Функции.Ферменты. Метаболические пути. А.Б.Рахманинова, 2010

2. 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?

3. 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 • Секреторныевзаимодействие с другими клетками – инсулин • Структурные • Другие ……….

4. 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“ECnumber”(например, EC 1.1.1.1) Классифицируются не белки, а катализируемые ими реакции!

5. EC (Enzyme Commission) number определяет иерархическую классификацию ферментов

6. 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).

8. 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 homoserinedehydrogenase • 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 nicotinamideN-methyltransferase EC 3 Hydrolases EC 4 Lyases EC 5 Isomerases ЕC 6Ligases

9. Три свойства белка. Как они связаны? Последовательность ? ? 3D структура Функция ?

10. Пространственные структуры более консервативны, чем последовательности. Высокое сходство структур свидетельствует о гомологии Гемоглобин свиньи и миоглобин кита Внутри одного класса 3D- структур можно найти белки с seq.id 20%. Сходство структур Сходство последовательностей

11. Фермент – это не белок, а свойство белка CYSG_ECOLI

12. Бывают ли в одном гомологичном семействе белки с разной функцией? 190 семейств

13. EC versus Id

14. Последовательность При Id>40% функция ферментов сохраняетсяв 90% случаев структуры практически одинаковы, если Id>20% Функция 3D структура ?

15. 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.*.*

16. CAH_METTE Конвергентная эволюция функции: аналогичные ферменты • ЕС 4.2.1.1 • Карбангидраза H2CO3 = CO2 + H2O CAH5_MOUSE Конвергентная эволюция ферментов встречается часто Наблюдение: 1,8 функции на один тип структуры( folds), но 2,5 фолдов на одну функцию

17. Вопросы • Один белок – один фермент? • Гомологичные белки – одинаковые EC коды? • Одинаковые EC коды – гомологичные белки? (нет) (при Id>40%, скорее, да Часто, но далеко не всегда!)

18. Метаболические пути. БД KEGG

19. 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.

20. KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes

21. KEGG: 16 основных БД

22. KEGG: система идентификаторов С00047 - лизин K04527 – инсулиновый рецептор hsa5210 – путь возникновения рака простаты

23. KEGG: биологические процессы KEGG PATHWAY 91,564 пути на основе 345 «reference pathways» Homo sapiens Reference pathway