негомологичные изофункциональные ферменты
Негомологичные изофункциональные ферменты (NISE) — это два эволюционно неродственных фермента , которые катализируют одну и ту же химическую реакцию. Ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, иногда называют аналогичными, а не гомологичными ( Гомология (биология) ), однако более уместно называть их негомологичными изофункциональными ферментами, отсюда и аббревиатура (NISE). [ 1 ] Все эти ферменты выполняют одну и ту же конечную функцию, но делают это у разных организмов без заметного сходства в первичных и, возможно, третичных структурах. [ 2 ]
Фон
[ редактировать ]Ферменты классифицируются на основе рекомендаций Номенклатурного комитета Международного союза биохимии и молекулярной биологии , и им присваивается номер комиссии по ферментам, обычно называемый номером ЕС. [ 3 ] Каждой отдельной ферментативной активности присвоено рекомендуемое название и номер ЕС. Чтобы его можно было классифицировать как отдельный фермент, «необходимы прямые экспериментальные доказательства того, что предлагаемый фермент действительно катализирует заявленную реакцию». [ 4 ]
История
[ редактировать ]Примеры несвязанных ферментов со схожими функциями были отмечены еще в 1943 г. Варбургом и Кристианом (1943), которые открыли две разные формы фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазы: одна встречается в дрожжевых клетках, а другая - в мышцах кролика. [ 5 ] В 1998 году вышла статья Марианы Омельченко и др. под названием «Аналоговые ферменты: независимые изобретения в эволюции ферментов». [ 5 ] идентифицировали 105 номеров ЕС, содержащих два или более белков без обнаруживаемого сходства последовательностей друг с другом. Из этих 105 номеров EC было обнаружено 34 узла EC с отчетливыми структурными складками, что помогает показать независимое эволюционное происхождение. [ 1 ] В 2010 году вышла еще одна статья Марианы Омельченко и др. под названием « Номологичные изофункциональные ферменты: систематический анализ альтернативных решений в эволюции ферментов». [ 1 ] перечислил открытие 185 различных узлов ЕС, из которых только 74 были в исходном списке 1998 года, подведя итоги своих двенадцатилетних поисков и придя к выводу, что NISE существует для до 10% биохимических реакций.
Происхождение
[ редактировать ]Возможным механизмом образования и эволюции этих ферментов является привлечение существующих ферментов. [ 6 ] которые приобретают новые функции за счет изменения специфичности субстрата (в частности, в активном сайте или рядом с ним). [ 7 ] ) или модификация существующего каталитического механизма. [ 5 ]
Важность
[ редактировать ]Открытие NISE может раскрыть новые механизмы ферментативного катализа и конкретную информацию о биохимических путях, которые могут быть особенно важны для разработки лекарств. [ 3 ]
Примеры
[ редактировать ]Популярным примером NISE является семейство ферментов супероксиддисмутазы , которое содержит три различные формы (EC 1.15.1.1). [ 8 ]
- Fe,Mn супероксиддисмутаза
- Cu,Zn Супероксиддисмутаза
- Супероксиддисмутаза никеля
Супероксиддисмутаза CuZn (SOD1) была обнаружена первой и представляет собой гомодимер, содержащий медь и цинк, часто обнаруживаемый во внутриклеточных цитоплазматических пространствах. [ 8 ] FeMn(SOD 2 ) представляет собой тетрамер, продуцируемый лидерным пептидом, воздействующим на марганецсодержащий фермент только в митохондриальных пространствах. [ 8 ] Супероксид никеля (СОД3) охарактеризован совсем недавно и существует только во внеклеточных пространствах. [ 8 ]
Другим популярным примером NISE являются целлюлаз . ферменты семейства [ 9 ] в частности, целлюлозо-1,4-бета-целлобиозидаза, также состоящая из трех различных форм, обладающих эндонуклеазной активностью. (EC3.2.1.91).
- ГХ-48
- ГХ-7
- ГХ-6
Существуют два класса: один класс атакует восстанавливающий конец целлюлозы, а другой – невосстанавливающий конец. Ферменты семейства GH-6 атакуют невосстанавливающий конец целлюлозы, тогда как ферменты семейства GH-7 атакуют восстанавливающий конец. Ферменты семейства GH-48 относятся только к ферментам бактериального семейства и атакуют восстанавливающий конец целлюлозы.
Механизмы открытия
[ редактировать ]Типичные методы поиска геномов, такие как BLAST и модель скрытой Маркова, используются для поиска различий и сходств в геномах. [ 3 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Омельченко Марина Владимировна; Гальперин, Михаил Юрьевич; Вольф, Юрий И.; Кунин, Евгений В. (2010). «Номологичные изофункциональные ферменты: систематический анализ альтернативных решений в эволюции ферментов» . Биология Директ . 5:31 . дои : 10.1186/1745-6150-5-31 . ПМК 2876114 . ПМИД 20433725 .
- ^ ГОМЕС, Монете Раджао; ГИМАРЬЕС, Ана Каролина Рамос; Де Миранда, Антонио Базилио (2011). «Специфические изофункциональные и нономологические ферменты путей обработки генетической информации как потенциальные терапевтические мишени для тритрипсов» . Ферментные исследования . 2011 : 1–8. дои : 10.4061/2011/543912 . ПМК 3145330 . ПМИД 21808726 .
- ^ Перейти обратно: а б с Отто, Томас Д.; Гимарайнш, Ана Каролина Р.; Дегрейв, Вим М.; Де Миранда, Антонио Б. (2008). «АнЭнПи: идентификация и аннотация аналогичных ферментов» . БМК Биоинформатика . 9 : 544. дои : 10.1186/1471-2105-9-544 . ПМЦ 2628392 . ПМИД 19091081 .
- ^ «Номенклатура ферментов» . www.sbcs.qmul.ac.uk. Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Гальперин, Михаил Юрьевич; Уокер, Д. Роланд; Кунин, Евгений В. (1998). «Аналоговые ферменты: независимые изобретения в эволюции ферментов» . Геномные исследования . 8 (8): 779–790. дои : 10.1101/гр.8.8.779 . ПМИД 9724324 .
- ^ Фостер, Джереми М.; Дэвис, Пол Дж.; Раверди, Сильвин; Сибли, Мэрион Х.; Роли, Элизабет А.; Кумар, Санджай; Карлоу, Клотильда К.С. (2010). «Эволюция бактериальных фосфоглицератмутаз: негомологичные изофункциональные ферменты, претерпевающие потерю, усиление и боковой перенос генов» . ПЛОС ОДИН . 5 (10): e13576. Бибкод : 2010PLoSO...513576F . дои : 10.1371/journal.pone.0013576 . ПМЦ 2964296 . ПМИД 21187861 .
- ^ Гальперин, Михаил Юрьевич; Кунин, Евгений В. (2012). «Дивергенция и конвергенция в эволюции ферментов» . Журнал биологической химии . 287 (1): 21–28. дои : 10.1074/jbc.R111.241976 . ПМК 3249071 . ПМИД 22069324 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Зелько, Игорь Н.; Мариани, Томас Дж.; Фолц, Родни Дж. (2002). «Мультигенное семейство супероксиддисмутазы: сравнение структур, эволюции и экспрессии генов CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) и EC-SOD (SOD3)». Свободнорадикальная биология и медицина . 33 (3): 337–349. дои : 10.1016/S0891-5849(02)00905-X . ПМИД 12126755 .
- ^ Сухарников Леонид О.; Кэнтуэлл, Брайан Дж.; Подар, Мирча; Жулин, Игорь Б. (2011). «Целлюлазы: неоднозначные негомологичные ферменты с точки зрения геномики» . Тенденции в биотехнологии . 29 (10): 473–479. дои : 10.1016/j.tibtech.2011.04.008 . ПМЦ 4313881 . ПМИД 21683463 .