Előadást letölteni
Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon
KiadtaRéka Lukácsné Megváltozta több, mint 10 éve
1
Az élet szikrája az anyagcsere autokatalitikus magja Kun Ádám Növényrendszertani és Ökológia Tsz.
2
Az Élet Szikrája Mitől több – ha több - az élő sejt egy zsák enzimnél és némi DNS-nél? Mitől lesz élő egy sejt?
3
Egy zsák enzim és DNS Legyen egy sejtünk, amiben csak enzimek és DNS (RNS) van. A környezetben minden tápanyag jelen van, amit az élőlény fel tud venni (optimális mennyiségben) Enzimek DNA/RNA Nincsen kis molekulasúlyú metabolit! H 2 O, H +, CO 2, Fe 2+, CNO, NO 2 -, NO 3 -, HPO 4 2-, SO 4 2-, O 2, cukrok, aminosavak, alkoholok
4
Egy zsák enzim és DNS Működőképes-e ez a sejt? Kell-e valaminek eleve a sejtben lennie, hogy a metabolizmus beinduljon? Enzimek DNA/RNA ??? H 2 O, H +, CO 2, Fe 2+, CNO, NO 2 -, NO 3 -, HPO 4 2-, SO 4 2-, O 2, cukrok, aminosavak, alkoholok
5
Elméleti kísérlet! Legyen egy reakcióhálózatunk Adjuk meg a felvehető anyagok listáját Mi termelhető meg a reakciólista alapján? 1.Ha minden megtermelhető, akkor az élő sejt nem több egy zsák enzimnél. 2.Ha nem termelhető meg minden, akkor mi kell még?
6
Genom alapú anyagcsere hálózat rekonstrukció Teljes genom alapján Minden kódoló régióhoz próbálnak enzimet kapcsolni (hasonlóság alapján) Kézzel javítják a hálózatot –Reakció reverzibilitás –Nincsenek rosszul definiált reaktánsok („egy alkohol”) –Transzport reakciók vannak, és kísérlet alapúak –Kofaktor használat jó
7
Rekonstrukciók Teljes genom sok van Automatikus rekonstrukció egyszerű Egy jó rekonstrukcióhoz 1-2 év kell...
8
Rekonstrukció - Synechocystis Fotoszinterikus organizmusra nincs jó rekonstrukció Genom ismert Automatikus rekonstrukció MetaCyc adatábiz alapján () Automatikus rekonstrukció MetaCyc adatábiz alapján (metacyc.org) Ez még borzalmasan rossz!
9
Rekonstrukció - Synechocystis Kiszedjük a „felesleges reakciókat” –Peptidekkel kapcsolatosak GLT + 5-L-GLUTAMYL-PEPTIDE --> 5-L-GLUTAMYL-L-AMINO-ACID + Peptides –Definiálatlan reaktánsok O2 + RED. FLAVOPROTEIN + RH h2o + OX. FLAVOPROTEIN + an alcohol –Definiálatlan kofaktor használat O2 + Donor-H2 + NEUROSPORENE (2.0) h2o + Acceptor + lycopene
10
Rekonstrukció - Synechocystis Reakció reverzibilitást ellenőriztük E. coli rekonstrució és biokémiai „intuíció” alapján Fontos, hogy a reakció reverzibilitás fizológiai körülmények között értendő. Mesterséges körülmények között több enzim reverzibilisen működik!
11
Rekonstrukció - Synechocystis Reakciók teljessé tétele. –H + konzekvensen hiányzott Transzport reakciók –Teljesen hiányoztak –Irodalom / más adatbázis alapján
12
Rekonstrukció - Synechocystis Hiányos reakcióutak teljessé tétele –Tudjuk, hogy minden aminosavat meg tud szintetizálni. Aszparagin és cisztein bioszintézisben volt lyuk. Tirozin bioszintézisre találtunk alternatív utat. –Coenzim A bioszintézis nem volt teljes (5 reakciót tettünk be) –Plasztokinon és E vitamin szintézis hiányzott –Klorofill bioszintézis hiányos volt
13
Rekonstrukció - Synechocystis Volt, hogy reakciót törölni kellett –Két gén glutation peroxidáznak neveztek el szekvencia hasonlóság alapján. Ilyen aktivitást azonban nem találtak a cianobaktériumban. Igazából peroxidázok ezek a gének.
14
Scope analízis 1.Vegyünk egy mag halmazt ( pl. külső molekulák ) 2.Vegyük azokat a reakciókat amelyek egyik oldalán csak a maghalmazban levő molekula van 3.Adjuk a reakció termékeit a maghalmazhoz 4.Ismételjük a 2-3-at amíg lehet
15
Heinrich et al. KEGG adatábzis ( reverzibilitás rossz!) minden reakciójára Minden vegyület scope-ját kiszámolták –A legnagyobb scope-ja (2101) a –A legnagyobb scope-ja (2101) a adenosine 5'- phosphosulfate; 3'-phosphoadenosine 5'- phosphosulfate; dephospho-CoA; UDP-6- sulfoquinovose vegyületeknek van.
16
Scope: Összes molekulát elérendő
17
Scope: Kis molekulák scope-ja Kiindulás: CO 2, NH 3, H 3 PO 4, H2SO 4 Eredmény: Mint az APS Kiindulás (prebiotikus): H 2 CO, CH 3 SH, NH 3, P 3 O 7 4- Eredmény: Mint az APS
18
Genom alapú rekonstrukciók Eubacteria –Escherichia coli –Heliobacter pylori –Staphylococcus aureus –Lactococcus lactis –Streptomyces coelicolor –Geobacter sulfurreducens –Synechocystis Archea –Methanosarcina barkeri Eukarióta –Saccharomyces cerevisiae Minimal metabolism
19
Kísérlet Kívülről adott molekulák Megtermelhető (elérendő) molekulák Ha a kívülről adottak scope-jában minden megtermelhető molekula megvan, akkor vége. Ha nincs, akkor mely molekula hozzáadása növeli a scop-ot a legjobban? Hány molekulát kell hozzáadni, hogy minden elérhető legyen.
20
Kívülről adott molekulák Minden felvehető molekula Makromolekulák, amelyeket a hálózat nem tud megtermelni, de fontosak –tRNS –Fehérjék: Tioredoxin, Acyl Carrier Protein
21
Mit kell elérni? A legjobb rekonstrukció sem teljes. Vannak benne lyukak ( egyes molekulák nem elérhetőek ) Például egyes molekula párok, csak 1 reakcióban szerepelnek: H2O + Raffinose -> Melibose + D-Fructose Fluxus analízissel megállapítottuk az elérhető metabolitokat.
22
Escherichia coli Reakció szám: 931 Metabolitok száma: 761 Megtermelhető metabolitok: 692 Külső molekulák: 53 Makromolekulák: 3 Külsők scope-ja: 315 Hozzáadandó: ATP
23
Autokatalitikus ciklusok
24
ATP autokatalitikus szintézise
25
Heliobacter pylori Reakció szám: 477 Metabolitok száma: 495 Megtermelhető metabolitok: 441 Külső molekulák: 74 Makromolekulák: 6 Külsők scope-ja: 181 Hozzáadandó: ATP
26
Staphylococcus aureus Reakció szám: 645 Metabolitok száma: 645 Megtermelhető metabolitok: 543 Külső molekulák: 83 Makromolekulák: 14 Külsők scope-ja: 194 Hozzáadandó: ATP
27
Lactococcus lactis Reakció szám: 729 Metabolitok száma: 497 Megtermelhető metabolitok: 568 Külső molekulák: 94 Makromolekulák: 1 Külsők scope-ja: 190 Hozzáadandó: ATP
28
Streptomyces coelicolor Reakció szám: 702 Metabolitok száma: 601 Megtermelhető metabolitok: 562 Külső molekulák: 104 Makromolekulák: 4 Külsők scope-ja: 267 Hozzáadandó: ATP
29
Methanosarcina barkeri Reakció szám: 619 Metabolitok száma: 630 Megtermelhető metabolitok: 567 Külső molekulák: 70 Makromolekulák: 21 Külsők scope-ja: 159 Hozzáadandó: ATP + NAD
30
Autokatalitikus NAD szintézis
31
Geobacter sulfurreducens Reakció szám: 527 Metabolitok száma: 544 Megtermelhető metabolitok: 406 Külső molekulák: 41 Makromolekulák: 7 Külsők scope-ja: 82 Hozzáadandó: ATP + NAD + THF + CoA
32
Autokatalitikus NAD szintézis
33
Autokatalitikus CoA szintézis
34
Autokatalitikus THF szintézis
35
Synechocystis Reakció szám: 917 Metabolitok száma: 879 Megtermelhető metabolitok: 637 Külső molekulák: 18 Makromolekulák: 34 Külsők scope-ja: 64 Hozzáadandó: ATP + NAD + THF + CoA + cukor
36
ATP és cukrok felé
37
Kálvin ciklus
38
Autokatalitikus NAD szintézis
39
Autokatalitikus CoA szintézis
40
Heterotróf növekedés Calvin ciklus nem autokatalitikus, ha fel lehet venni cukrot
41
Minimum metabolizmus Reakció szám: 55 Metabolitok száma: 69 Megtermelhető metabolitok: 69 Külső molekulák: 8 Makromolekulák: 0 Külsők scope-ja: 8 Hozzáadandó: ATP
42
Minimum metabolizmus
43
Minimál médium – E. coli
45
Autokatalitikus molekulák ATP NAD (NADP) Koenzim A THF Kinon Cukor ATP CoA NAD
46
Mi van ezekkel a ciklusokkal (NAD, CoA, THF) máshol? Escherichia coli. Mind megvan. Heliobacter pylori. Mind megvan. Staphylococcus aureus. Nincs teljes NAD Saccharomyces cerevisiae. Nincs teljes NAD Lactococcus lactis. Nincs teljes NAD. Emlősökben a CoA szintézis nem autokatalitikus ( ciszteinhez nem kell CoA )
47
Az Élet Szikrája ATP = energia eleve kell a szervezeteknek, hogy éljenek.
Hasonló előadás
© 2024 SlidePlayer.hu Inc.
All rights reserved.