Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРВИЧНЫХ СТРУКТУР ГЛЮКОАМИЛАЗ ИЗ ASPERGILLUS AWAMORI И SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Кожокина О.М. Ковалева Т.А.
С помощью программы Gene Bee на основе результатов секвенирования осуществлено сравнение первичных структур глюкоамилаз из Aspergillus awamori и Saccharomyces cerevisiae. Получена оценка степени их гомологичности; подтверждена вероятность участия остатков Asp, Glu, Trp в катализе реакции гидролиза крахмала.
глюкоамилаза
первичная структура
сравнительный анализ
гомологичность.

Исследование свойств глюкоамилаз различного происхождения приобретает особую значимость в связи с применением их в различных отраслях промышленности в роли биокатализаторов. Поиск путей регулирования биокаталитической активности ферментов неразрывно связан с расшифровкой закономерностей и молекулярного механизма катализа реакции гидролиза субстрата. Для решения данной задачи, наряду с определением функциональных свойств энзимов, необходимо проведение их структурного анализа.

Для выявления константных областей аминокислотных последовательностей ферментов с помощью программы Gene Bee (http://www.genebee.msu.ru/genebee.html) осуществлено сравнение сиквенсов субъединицы глюкоамилазы из Aspergillus awamori X100 и молекулы глюкоамилазы из Saccharomyces cerevisiae, размещенных в INTERNET National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.
nlm.nih.gov/Entrez
) и Protein Brookhaven Database (http://www.rcsb.org/).

Сравнительный анализ первичных структур глюкоамилаз из Asp. awamori и S. cerevisiae показал их гомологичность на 13,1%. Наиболее часто на протяжении рассматриваемых полипептидных цепей наблюдаются корреляции одиночных гомологичных остатков; встречаемость гомологичных дуплетов и триплетов гораздо ниже (табл. 1).

Таблица 1

Частота встречаемости гомологичных аминокислотных остатков
в первичных структурах глюкоамилаз из Aspergillus awamori и Saccharomyces cerevisiae

Аминокислота

Частота встречаемости

Аминокислота

Частота встречаемости

аланин

11

триптофан

4

валин

8

аспарагин

-

лейцин

4

глутамин

2

изолейцин

-

серин

47

глицин

5

треонин

36

пролин

12

лизин

1

цистеин

2

аргинин

-

метионин

-

гистидин

-

аспарагиновая кислота

8

глутаминовая кислота

7

фенилаланин

-

тирозин

2

Из табл. 1 видно, что основное количество гомологичных звеньев представлено остатками Ser и Thr. Данные аминокислоты являются гидроксилсодержащими и ответственны за активное взаимодействие белковой макромолекулы с молекулами воды, обеспечивая хорошую растворимость фермента. Кроме того, Ser и Thr способны к образованию эфиров фосфорной и органических кислот и служат местом присоединения углеводных компонентов в гликопротеидах [1, 3].

Наличие значительного числа гомологичных остатков Asp и Glu, а также Trp позволяет предположить участие данных аминокислот в катализе реакции гидролиза крахмала, осуществляемом глюкоамилазами как плесневого, так и дрожжевого происхождения [1, 3].

В табл. 2 представлен полный аминокислотный состав глюкоамилаз из Asp. awamori и S. cerevisiae. Анализ аминокислотного состава глюкоамилаз различного происхождения показал высокую устойчивость фермента из Asp. awamori к органическим растворителям, одна субъединица которого содержит 27,15% остатков с алкильными боковыми цепями (Ala, Val, Leu, Ile, Met); для молекулы глюкоамилазы из S. cerevisiae данная величина составляет лишь 17,65%. Большое количество остатков Ser и Thr (для субъединицы молекулы глюкоамилазы из Asp. awamori 14% и 12% соответственно, для целой молекулы из S. cerevisiae - 25,7% и 25,32%) обеспечивает гилратацию белковой глобулы вследствие образования системы водородных связей.

Таблица 2

Аминокислотный состав глюкоамилаз из Aspergillus awamori и Saccharomyces cerevisiae

 

Аминокислота

Aspergillus

awamori (субъединица)

Saccharomyces cerevisiae

количество

% от общего числа

количество

% от общего числа

аланин

59

9,59

85

6,33

валин

39

6,34

94

7

лейцин

43

7

22

1,64

изолейцин

25

4,07

32

2,38

глицин

47

7,64

43

3,2

пролин

24

3,9

141

10,5

цистеин

9

1,46

20

1,49

метионин

1

0,16

4

0,3

гистидин

5

0,81

5

0,37

фенилаланин

21

3,41

14

1,04

тирозин

27

4,39

22

1,64

триптофан

19

3,09

8

0,6

аспарагин

21

3,41

35

2,61

глутамин

17

2,76

19

1,41

серин

86

13,98

345

25,69

треонин

73

11,87

340

25,32

лизин

12

1,95

30

2,23

аргинин

18

2,93

1

0,07

аспарагиновая кислота

44

7,15

14

1,04

глутаминовая
кислота

25

4,07

69

5,14

Общее число

615

1343

Из табл. 2 видно, что в состав субъединицы молекулы глюкоамилазы из Asp. awamori входят 9 остатков цистеина, SH-группы которых образуют 3 дисульфидных мостика и свободную тиольную группу в каталитическом домене и 1 S-S связь в крахмалсвязывающем участке. В молекуле энзима из S. cerevisiae имеется 20 Cys (по 10 на каждую субъединицу). Однако, возможно не все остатки Cys участвуют в образовании дисульфидных связей. Вероятно, число S-S мостиков в расчете на одну субъединицу составляет не более трех [2, 4-6].

Обнаружено, что количество остатков Asp, Glu в молекуле глюкоамилазы из Asp. awamori в 4 раза превышает данную величину для фермента дрожжевого происхождения.

Таким образом, в ходе проведенных исследований установлена гомологичность первичных структур глюкоамилаз из Asp. awamori и S. cerevisiae на ~13%. Обнаружена высокая степень корреляции одиночных аминокислотных остатков. Выявлено, что основное количество гомологичных звеньев представлено остатками Ser и Thr, обеспечивающих хорошую гидратацию ферментов и служащих местами присоединения углеводных компонентов в гликопротеидах. Наличие значительного числа гомологичных остатков Asp и Glu, а также Trp позволяет предположить участие данных аминокислот в катализе реакции гидролиза крахмала, осуществляемом глюкоамилазами как плесневого, так и дрожжевого происхождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Галич И.П. Амилазы микроорганизмов. Киев: Наук. думка, 1987. 192 с.
  2. Кантор Ч. Биофизическая химия. М.: Мир, 1984. Т. 1. 336 с.
  3. Квеситадзе Г.И. Грибные и бактериальные амилазы. Тбилиси: Мецниереба, 1984. 154 с.
  4. Попов Е.М. Структурно-функцио-нальная организация белков. М.: Наука, 1992. 358 с.
  5. Шерман С.А. Конформационный анализ и установление пространственной структуры белковых молекул. Минск: Наука и техника, 1989. 240 с.
  6. Шульц Г. Принципы структурной организации белков. М.: Мир, 1982. 360 с.

Библиографическая ссылка

Кожокина О.М., Ковалева Т.А. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРВИЧНЫХ СТРУКТУР ГЛЮКОАМИЛАЗ ИЗ ASPERGILLUS AWAMORI И SACCHAROMYCES CEREVISIAE // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 4. – С. 19-21;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8022 (дата обращения: 19.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252