Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АМИНОКИСЛОТНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ГЛЮКОАМИЛАЗ РОДА ASPERGILLUS

О.М. Кожокина, Т.А. Ковалева
При использовании программы Gene Bee на базе результатов секвенирования проведено сравнение аминокислотных последовательностей субъединиц глюкоамилаз рода Aspergillus. Получены сведения о степени гомологичности, константных областях, структурной вариабельности их полипептидных цепей.
глюкоамилаза
аминокислотная последовательность
гомологичность
структурная вариабильность
константная область

Повышенный интерес к глюкоамилазе обусловлен широким применением данного фермента в медицине, пищевой и легкой промышленности в качестве эффективного биокатализатора. Корректное исследование механизма действия фермента подразумевает наряду с определением функциональных свойств проведение структурного анализа. Сравнение первичных структур глюкоамилаз из различных источников позволит идентифицировать аминокислотные остатки, играющие важнейшую роль в функционировании данных ферментов.

Для выявления константных областей аминокислотных последовательностей ферментов узкой группы с помощью программы GeneBee (http://www.genebee.msu.ru/genebee.html) осуществлено сравнение сиквенсов субъединиц глюкоамилаз из микромицетов рода Aspergillus: Asp. niger, Asp. awamori X100, Asp. awamorivar. kawachi, Asp. shirousami, Asp.oryzae, размещенных в INTERNET National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Entrez) и Protein Brookhaven Data base(http://www.rcsb.org). Обнаружено, что первичные структуры рассматриваемых белковых молекул гомологичны друг другу на 86,1%. Сигнальные пептиды в высокой степени схожи и состоят из 24 аминокислотных звеньев. Однако данный фрагмент пробелка изAsp.oryzaeхарактеризуется наличием двух дополнительных остатковVal-2 иVal-20. Показано, чтоN-концевыми аминокислотами полипептидных цепей являются остатки Ala и Thr; C-концевыми -Trp и Arg. Наиболее протяженные, абсолютно идентичные для анализируемых сиквенсов фрагменты, их позиции в первичной структуре и наличие функционально значимых аминокислотных остатков представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что в состав константных областей полипептидных цепей глюкоамилаз рода Aspergillus входят остатки Asp и Glu, карбоксильные группы которых участвуют в разрыве гликозидных связей в молекуле крахмала в процессе катализа, и остаток Trp, выполняющий субстрат-связывающую функцию [1, 3].

Сопоставление первичных структур глюкоамилаз Asp. species показало, что частота замен остатков на протяжении полипептидных цепей отличается высокой вариабельностью. В результате сравнения сиквенсов этих ферментов удалось выявить несущественные для проявления структурно-функциональных свойств белков позиции аминокислот, обнаружив высокую частоту замен звеньев в данных местах полипептидных цепей (табл. 2). Более эволюционно значимыми событиями являются вставки и пропуски отдельных остатков или целых групп аминокислот. Так, полипептидная цепь субъединицы глюкоамилазы из Asp. oryzae, наряду с приобретением дополнительного остатка Gly-3 утратила три довольно протяженных фрагмента, а также Ser-584, в результате чего существенно укоротилась и состоит из 586 аминокислотных звеньев. Анализ имеющихся данных [2, 4-6] показал, что делеции затрагивают только О-гликози-лированный домен белковой глобулы и не отражаются на функциональных свойствах фермента. Обнаружено, что в аминокислотных последовательностях субъединиц глюкоамилаз из Asp. oryzae, Asp. awamori X 100,Asp. awamori var. kawachi, Asp. shirousami имеет место пропуск Ala-102 в каталитическом домене. В результате делеции остатка Ala-102, несущественного для проявления ферментативной активности, их полипетидные цепи включают 615 мономерных звеньев.

Таблица 1

Консервативные области полипептидных цепей глюкоамилаз рода Aspergillus

Фрагмент полипептидной цепи

Позиция фрагмента

Наличие 
функционально 
важного остатка

PDYFYTWTRDSG

46-571,2 , 47-583

D-551,2, D-563

GLGEPKFNVDETA

103-1151,3 , 102-1142

-

WGRPQRDGPALRATAMI

120-1361,3 , 119-1352

W-1201,3,

W-1192

VRNDLSYVAQYW

159-1701,3 , 158-1692

-

PLWEEV

176-1811,3, 175-1802

E-1791,3, E-1782

TLAAAEQLYDALYQWDK

321-3371,3, 320-3362

-

SARDLTWSYAALLTANNRRN

411-4301, 410-4292

-

 
Примечание: 1 – Aspergillus niger; 2 – Aspergillus awamori X 100, Aspergillus awamori var. kawachi, Aspergillus shirousami; 3 – Aspergillus oryzae

Таблица 2

Структурная вариабельность полипептидных цепей субъединиц глюкоамилаз рода Aspergillus

Продуцент

глюкоамилазы

Позиции остатков с высокой частотой замен

Aspergillus niger

60, 73, 80, 84, 88, 91, 130, 150, 219, 232, 240, 246, 261, 310, 320, 343, 357, 375, 399, 403, 409, 410, 436, 446, 456. 482, 487, 496, 504, 551, 583

Aspergillus awamori X 100, Aspergillus awamori var. kawachi, Aspergillus shirousami

60, 73, 80, 84, 88, 91, 129, 149, 218, 231, 239, 245, 260, 309, 319, 342, 356, 374, 398, 402, 408, 409, 435, 445, 455, 481, 486. 495, 503, 550, 582

Aspergillus oryzae

61, 74, 81, 85, 89, 92, 130, 150, 219, 232, 240, 246, 261, 310, 343, 357, 375, 399, 403, 409, 410, 436, 446, 456, 483, 529, 551, 576

 
На основе данных литературы [2, 4-6] можно заключить, что остатки, находящиеся во внутренней части глобулы, обычно мало подвержены изменениям, и все различия между гомологичными белками касаются поверхности молекул. В тех случаях, когда пространственная организация белка еще неизвестна, подобная структурная вариабельность может дать относительно достоверную информацию о локализации каждого конкретного остатка в макромолекуле.

Известно, что дисульфидные мостики обнаруживают тенденцию сохраняться в процессе эволюции, поэтому они присутствуют в одних и тех же участках третичной структуры родственных белков [2, 4-6].

Установлено, что 8 остатков Cys, участвующих в образовании дисульфидных мостиков, в анализируемых сиквенсах глюкоамилаз занимают жестко фиксированные позиции и входят в состав абсолютно идентичных участков цепи. Остатки Cys-319 и Cys-320 в полипептидных цепях глюкоамилаз из Asp. niger, Asp. awamori X 100, Asp. shirousami представлены свободными SH-группами и характеризуются высокой частотой замен.

В результате проведенного анализа аминокислотных последовательностей глюкоамилаз рода Aspergillus установлена высокая степень гомологичности для ферментов из Asp. awamori X 100 иAsp. shirousami; самые существенные отличия обнаружены между амилазами из Asp. awamori X 100 и Asp. oryzae. Выявлено, что в состав константных областей полипептидных цепей глюкоамилазAspergillus species входят остатки Asp, Glu и Trp,что позволяет подтвердить их участие в осуществлении катализа реакции гидролиза крахмала.

 

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

О.М. Кожокина, Т.А. Ковалева СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АМИНОКИСЛОТНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ГЛЮКОАМИЛАЗ РОДА ASPERGILLUS // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 8. – С. 19-21;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=1976 (дата обращения: 23.04.2021).

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 = 1.074