Метаболические пути. KEGG.

На главную страницу четвертого семестра

 Поиск графических формул и идентификаторов заданных низкомолекулярных 
веществ в  KEGG.
  
  	На главной страничке Биоинформатического Центра Института Химический Исследований 
Университета Киото нужно найти ссылку на БД химических соединений и реакций (LIGAND - Chemical 
compounds and reactions).В поле для поиска указать название вещества.   
 
Заданный фрагмент метаболических путей: деградация валина до ацетилкофермента А.




Название вещества:L-валин
Код доступа вещества в БД KEGG:C00183   



   




Название вещества:Acetyl-CoA;Acetyl coenzyme A; (ацетилкофермент А)
Код доступа вещества в БД KEGG:C00024    



   

 Поиск метаболического пути. Выделение цветом пути превращения заданных
веществ.
    
 	Необходимые действия:
Нужно вернуться на главную страничку KEGG.
Найти ссылку на таблицу-оглавление ("Table of contents"). 
В оглавлении найдите программу для  раскрашивания объектов на метаболических 
картах (Color objects in pathways). 
В поле запроса ввести  найденные идентификаторы соединений (C00183 и C00024), 
указав, каким цветом их отметить на карте (в данном задании красным).

Запрос имеет следующий вид:cpd:C00024 red
                           cpd:C00183 red

Название карты: Деградация валина, лейцин и изолейцина. 




	Данная картинка отображает деградацию 
валина до сукцинилкофермента А, а не деградацию 
валина до ацетилкофермента А (как нужно было
сделать по заданию). Данное допущение было
сделанно по следующей причине. Как видно из карты
валин сначала деградирует до сукцинилкофермента А, а
сукцинилкофермент А далее превращается в ацетилкофермент А.
Но сама реакция превращения сукцинилкофермента А в 
ацетилкофермент А на данной карте не отображена,
вместо реакции имеется ссылка. 
	На карте все ферменты, которые участвуют
в данной реакции отмечены желтым, а валин и 
сукцинилкофермент А - красным 
(запрос в БД KEGG имеет след. вид:
cpd:C00091 red
cpd:C00183 red
ec:2.6.1.42 yellow
ec:1.2.1.25 yellow
ec:1.3.99.3 yellow
ec:4.2.1.17 yellow
ec:3.1.2.4 yellow
ec:1.1.1.31 yellow
ec:1.1.1.35 yellow
ec:1.2.1.3 yellow
ec:1.2.3.1 yellow
ec:5.4.99.2 yellow).


   





Название вещества:Succinyl-CoA;Succinyl coenzyme A (сукцинилкофермент А)
Код доступа вещества в БД KEGG:C00091   



   

 Исследование выбранного метаболического пути. 

	Выбранный путь деградации валина  до сукцинилкофермент А не является коротким, 
но он является самым коротким из приведенных реакций метаболического пути.
Данная реакция осуществляется в 9 стадий. В ней учавствуют 10 различных ферментов.
В двух стадиях в реакции участвуют два фермента, во всех остальных один.
По данным карты две реакции обратимы (превращение (S)-3-Hydroxy-isobutyrate
в (S)-Methylmalonate semialdehyde; превращение Isobutyryl-CoA в Methacrylyl-CoA), но
это всего лишь принятое обозначение.
    
        Действия, которые были сделаны при выполнении задания:
      
в БД KEGG карту перевели в режим "Reference pathway (Reaction)" 
и описали последовательные этапы в строго заданном формате, см. табл. ниже. 
Ограничились первыми тремя стадиями. 


      

      Возможный путь превращения L-Valine в Methacrylyl-CoA.
      

            

Этап  
Ферментативная реакция 
Фермент


1
L-Valine + 2-Oxoglutarate <=> 3-Methyl-2-oxobutanoic acid +
L-Glutamate
EC 2.6.1.42
      
      

        
 2
        
 3-Methyl-2-oxobutanoic acid + CoA + NAD+ <=> 2-Methylpropanoyl-CoA +
CO2 + NADH
        
 EC 1.2.1.25
      

        
 3
        
 2-Methylpropanoyl-CoA + FAD <=> 2-Methylprop-2-enoyl-CoA + FADH2

       
 EC 1.3.99.3
      

    
	 

   
	Первая стадия превращения L-Valine в 2-Oxo-isopentanoate катализируется 
ферментом с кодом доступа EC 2.6.1.42. На карте фермент обозначается желтым 
прямоугольником "2.6.1.42". Если карту перевести в режим режим "Reference 
pathway (Reaction)" , то к прямоугольнику будет привязана гиперссылка, которая 
ведет на страницу KEGG'a с информацией о реакции, катализируемой этим ферментом.
В данном случае, мы получаем  информацию, что  фермент EC 2.6.1.42 катализирует
реакцию: L-Valine + 2-Oxoglutarate <=> 3-Methyl-2-oxobutanoic acid + L-Glutamate.
Следовательно, на карте мы видим только схему реакции, а в то время как по гиперссылке 
мы можем получить полную информацию о реакции. Также на карте указано вещество 
2-Oxo-isopentanoate, а в информации о полной реакции указывается вместо него - 
3-Methyl-2-oxobutanoic acid. На самом деле, это одно и тоже вещество, просто 
оно имеет несколько названий.
 	Теперь рассмотрим вторую стадию пути превращения (2-Oxo-isopentanoate в 
Isobutyryl-CoA). Данная реакция осуществляется ферментом с кодом доступа EC 1.2.1.25.
В данных KEGG эта стадия описывается следующей реакцией: 3-Methyl-2-oxobutanoic 
acid + CoA + NAD+ <=> 2-Methylpropanoyl-CoA + CO2 + NADH. Как видно из этой реакции, 
название 2-Oxo-isopentanoate заменено на 3-Methyl-2-oxobutanoic acid. Как и в 
первом случае это учтенные в БД синонимы одно и того же вещества, которое имеет 
один и тот же индентификатор (C00630) .
	В третьей стадии - превращение Isobutyryl-CoA в Methacrylyl-CoA - участвует 
один фермент: EC 1.3.99.3. KEGG дает следующие данные о реакции: 2-Methylpropanoyl-CoA 
+ FAD <=> 2-Methylprop-2-enoyl-CoA + FADH2. То есть, как и в предыдущих случаях, 
мы видим употребление различных названий одного и того же вещества (Methacrylyl-CoA 
на 2-Methylprop-2-enoyl-CoA (индентификатор: C00630 )) .

	Цепочка реакции не прерывается.

Возможна ли выбранная цепочка реакций у конкретных организмов?
	  

  

    
Организм
    
Возможно ли деградация валина, лейцин и изолейцина по данным KEGG ? (Да/нет) 
    
Краткое обоснование
    
  

    
Homo sapiens
    
 Нет
    
 Из 10 необходимых ферментов, неизвестны гены 2 ферментов, 
катализирующие след. стадии: 2 и 5 (EC 1.2.1.25 и EC 3.1.2.4)
    
  

    
Escherichia coli K-12 MG1655
    
 Нет
    
 Неизвестны гены 6 ферментов, катализирующие след. стадии: 2, 3, 5, 6 и 7 
(EC 1.2.1.25, EC 1.3.99.3, EC 3.1.2.4, EC 1.1.1.31, EC 1.2.1.3 и EC 1.2.3.1).
    
  

    
Escherichia coli K-12 W3110
    
 Нет
    
 Неизвестны гены 6 ферментов, катализирующие след. стадии:2, 3, 5, 6 и 7
(EC 1.2.1.25, EC 1.3.99.3, EC 3.1.2.4, EC 1.1.1.31, EC 1.2.1.3 и EC 1.2.3.1).
    
  

    
Pseudomonas aeruginosa PAO1
    
 Нет
    
 Неизвестны гены 4 ферментов, катализирующие сдел. стадии:2, 5, 7, 8
(EC 1.2.1.25, EC 3.1.2.4, EC 1.2.3.1, EC 5.4.99.2).
    
  

    
Methanococcus maripaludis 
    
 Нет
    
 Из 10 неизвестны 9 генов ферментов. Известен ген, фермент которого
катализирует первую стадию (EC 2.6.1.42).
    
  


	Причины, по которым у конкретных организмов в выбранной реакции нет каких-либо
ферментов:
 Возможно, что данный ген, катализирующий определенную реакцию, просто не найден (пока). 
Данный организм плохо аннотирован.
 Возможно, что записи о данном ферменте нет в БД KEGG.
 
 

Дополнительные упражнения
Если перевести выбранную карту в режим "Reference map (KO)", то KEGG выдаст эту же 
карту,только ферменты будут покрашены в синий или белый. Для ферментов, покрашенных
в синий в KEGG, имеется запись с кратким описанием фермента, а также список локусов
генов-ортологов, кодирующих этот фермент, для разных организмов. Для ферментов, покрашенных
в белый цвет, данной записи нет.

Поиск аннотаций неизвестных в метаболическом пути Escherichia coli K-12 ферментов.

Как видно из таблицы, у Escherichia coli K-12 нет данного метаболического
пути по данным KEGG. Но реконструкция метаболического пути - второй этап аннотации,
после аннотации конкретных генов, поэтому он может запаздывать.
С помощью БД UniProt было проверено наличие аннотаций для след. ферментов (этих
ферментов нет у Escherichia coli K-12 по данным KEGG): EC 1.2.1.25, EC 1.3.99.3,
EC 3.1.2.4, EC 1.1.1.31, EC 1.2.1.3, EC 1.2.3.1.
Результат:в БД UniProt никаких данных найдено не было.

Был проведен поиск аннотаций, соответствующих ферментов, в БД EcoCyc.
В данной БД была найдена аннотация только для одного фермента 1.3.99.3.
Для других ферментов аннотаций не было найдено.

Были сделаны попытки провести поиск аннотаций в базе данных Brenda,
но на тот момент, когда проводился поиск, БД не работала.       

Можно сделать вывод, что в БД KEGG содержится достаточно свежая информация о ферментах.


©Трембицкая Влада