Курсовая работа по биоинформатике




Скачать 253.25 Kb.
НазваниеКурсовая работа по биоинформатике
страница4/4
Дата публикации14.05.2013
Размер253.25 Kb.
ТипКурсовая
litcey.ru > Информатика > Курсовая
1   2   3   4
^




Гены и ферменты, зависимые от глюкозы


На сайте www-genome.wi.mit.edu/annotation/fungi/neurospora был найден список генов N. crassa, экспрессия которых тем или иным образом зависит от присутствия глюкозы в окружающей среде. После удаления тех генов, функции которых определялись словами “hypothetical protein” или “predicted protein”, из списка, содержащего более 800 генов, осталось 389 генов. Поскольку отправной точкой исследования было объяснение механизма усиления образования вакуолей при голодании по глюкозе, в первую очередь из этих 389 генов были отобраны те, что связаны с вакуолями (Табл. 1). Эти гены кодируют белки комплекса, с помощью которого синтезируется АТФ. Это неудивительно, если учесть, что основная функция вакуолей – запасать определённые вещества против градиента их концентрации в цитоплазме, - происходит с затратами энергии АТФ.

Таблица 1. Гены N. crassa, кодирующие вакуолярные белки.

Ген Neurospora

Длина гена Neurospora

Hit length

Счёт BlastP

(AF330696) Протеолипидная субъединица вакуолярной АТФазы

976

161

214

(NCU01332.1) Протеолипидная субъединица вакуолярной АТФ-синтазы (16 кДЖ)

581

146

224

(NCU02273.1) Предшественник вакуолярной протеазы

1323

391

480

(NCU03395.1) Вакуолярная АТФ-синтаза

1287

341

395

(NCU03463.1) Субъединица вакуолярной АТФ-синтазы (98 кДЖ)

2872

807

781

(NCU04192.1) Предшественник, родственный вакуолярной аминопептидазе yscl

1762

457

358

(NCU04387.1) Субъединица F вакуолярной АТФ-синтазы

592

116

145

(NCU07446.1) Субъединица E вакуолярной АТФ-синтазы

860

229

187

(NCU08515.1) Субъединица B вакуолярной АТФ-синтазы

1841

502

832




Кроме того, из конечного списка были выбраны те гены, которые отвечали за рост и ветвление. Оказалось, что среди глюкозозависимых генов их не так уж и много (Табл.2).

Таблица 2. Гены, отвечающие за рост и ветвление.


Ген Neurospora

Длина гена Neurospora

Hit length

Счёт BlastP

(NCU03515.1) возможно контролирующий деление клетки белок 10

1130

317

395

(NCU05429.1) возможный фермент ветвления

2626

666

906

(NCU06454.1)

гомолог контролирующего деление клетки белка 42

993

187

303

(NCU09778.1) контролирующий деление клетки белок 2

1153

291

432


Вообще, гриб старается расти всегда, даже когда это сопряжено с такими трудностями, как недостаток строительного материала из-за нехватки питательных веществ. Сильнее всегда растёт главная гифа (ее называют лидирующей), а боковые ветви растут медленнее. Если посчитать соотношение суммы длин выросших за определённые промежуток времени гиф к числу этих гиф, то оно будет равным 350 мк (Robertson & Rizvi, 1968), эта величина называется гифальной единицей роста. Видимо, это соотношение – результат решения организмом какой-то сложной задачи, если оно соблюдается в большинстве случаев.

В безглюкозной среде гриб вынужден потреблять запасённые питательные вещества – гликоген, трегалозу, полифосфаты и даже, возможно, собственную хитиновую стенку. С помощью SRS в банке SWALL были найдены данные о ферментах, которые расщепляют гликоген, трегалозу и хитин (Табл. 3,4,5).
Таблица 3. Ферменты, расщепляющие гликоген, – гидролазы.


AC белка

Название белка

P15937

Белок утилизации ацетата (EC 3.1.2.1)

Q9C2G8

Предполагаемая гидролаза гидроксиацилглютат-ионов

Q8X0D8

Родственный аминоацил-тРНК гидролазе белок

Q8X052

Родственный диаденозингексофосфатгидролазе белок

Q9HE24

Родственный сопряжённой с 26S протеосомой карбоксил- терминирующей гидролазе белок

CAD70903

Родственный эпоксид-гидролазе белок

CAD79687

Родственный карбоксил-терминирующей гидролазе белок



Таблица 4. Ферменты, расщепляющие трегалозу, - трегалазы.


AC белка

Название белка

O42783

Нейтральная трегалаза (EC 3.2.1.28)

Q8NIK6

Нейтральная трегалаза


В росте Neurospora, кроме достаточного питания, большую роль играет и «родительская поддержка». Имеется в виду то, что для растущего кончика гифы является важным транспорт органелл и различных необходимых для роста и развития веществ, поступающих из более старых клеток мицелия.

Оказалось, что вдоль гифы существует градиент количества вакуолей (Robertson & Rizvi, 1963). В 1-5 верхушечных (только что образованных) клетках гифы вакуолей нет вообще, в следующих 6-30 клетках присутствует только 1 вакуоль, прижатая к апикальной септе, и в следующих 30-100 клетках наблюдаются множественные вакуоли, увеличение количества которых и наблюдала Т.В. Потапова в лаборатории проф. Клиффорда Слэймана (Йельский университет, США).

В наших экспериментах оказалось, что в первые 2 часа инкубации без глюкозы характер роста почти не меняется. Мы обратили внимание на тот факт, что после 4-5 часов инкубации без глюкозы наблюдается важное морфологическое изменение: гифы становятся морщинистыми. Мы предположили, что эта «морщинистость» обусловлена тем, что истончается хитиновая стенка, и, видимо, уже не справляется с выполнением такой задачи, как обеспечение прочности клетки с высоким внутренним тургорным давлением. (При нормальном питании гифы гриба вытянуты и как бы напряжены).

В то же время, поскольку верхушечный рост в условиях голодания N. crassa продолжается, это значит, что на верхушке гифы постоянно образуется новая хитиновая стенка.А в более старой части гифы стенка как будто истончается. Возможно, это говорит о том, что пока на кончике гифы хитин синтезируется, в основании он гидролизуется.

Таким образом, возникает ещё один интересный вопрос: какие гены активируются во время голодания по глюкозе, кодирующие хитин-синтазу (или хитин-синтазы), когда образуется хитиновая стенка растущей гифы? Интересно также, расщепляет ли гриб клеточную стенку в «старых» клетках гифы. В табл. 5,6 представлены данные о соответствующих ферментах.
Таблица 5. Ферменты, расщепляющие хитин, - хитиназы.


AC белка

Название белка

Q9P3F4

Родственный предшественнику хитиназе 3 белок

CAD70866

Родственный хитиназе белок



Таблица 6. Ферменты, синтезирующие хитин, - хитинсинтазы.



SWISSPROT:CHS1_NEUCR

Chitin synthase 1 (EC 2.4.1.16) (Chitin-UDP acetyl-glucosaminyl transferase 1).

SWISSPROT:CHS2_NEUCR

Chitin synthase 2 (EC 2.4.1.16) (Chitin-UDP acetyl-glucosaminyl transferase 2).

SWISSPROT:CHS3_NEUCR

Chitin synthase 3 (EC 2.4.1.16) (Chitin-UDP acetyl-glucosaminyl transferase 3). (Class-III chitin synthase 3).

SWISSPROT:CHS4_NEUCR

Chitin synthase 4 (EC 2.4.1.16) (Chitin-UDP acetyl-glucosaminyl transferase 4). (Class-IV chitin synthase 4).



Хитин-синтазы классифицируются на три различных класса (Bowen, 1992). Данная классификация – результат сравнения генов, кодирующих хитин-синтазы CHS1 и CHS2, которые принадлежат дрожжам Saccharomyces cerevisiae, и CHS1 - белок Candida ablicans. Candida ablicans – близкородственный организм Neurospora crassa. В этих генах были обнаружены консервативные участки, которые позволили установить гомологию хитин-синтаз у ещё 14 видов грибов. Эти фрагменты были секвенированы, и полученные последовательности - выравнены. Последовательности за исключением CHS1 (S. cerevisiae) распались на три различных класса, которые отражают три отдельных функциональных группы. В пределах каждого класса был представлен филогенетический анализ. Этот анализ подтвердил таксономические группы, существующие в настоящее время.

Таблица 7. Глюкозозависимые гены, кодирующиефермент, участвующий в расщеплении глюкозы – гидролазу, и фермент, участвующий в синтезе полимера N-ацетилглюкозамина – хитина.


Neurospora gene

Saccharomyces gene

Neurospora gene length

Hit length

BlastP score

% ID

(NCU01517.1) glucoamylase precursor (glucan 1,2-alpha-glucosidase) (1,4-alpha-d-glucan glucohydrolase)

YIL099W SGA1 intracellular glucoamylase

1943

415

189

34%

(NCU04251.1) chitin synthase 3 (chs-3) [MIPS]

YNL192W CHS1 chitin synthase 1

2783

741

711

48%


Как видно из таблицы, совсем немного генов, кодирующих гликозозависимые белки, являются глюкозозависимыми сами. Из этого можно заключить, что активность остальных ферментов – остальных гидролаз, трегалаз, хитиназ и других хитин-синтаз может меняться, когда сами ферменты уже синтезированы. Активность же глюкоамилазы и хитин-синтазы 3 может варьироваться не только после окончания синтеза фермента, но и на уровне генов, т.е. присутствие глюкозы в среде регулирует экспрессию этих генов. Примечательно, что аналогичная хитин синтазе 3 Neurospora crassa хитин-синтаза S. cerevisiae относится не к 3-ему, а к 1-ому типу.

В процессе экспериментальной работы в группе Т.В. Потаповой и изучения литературы выяснились новые факты, которые усложнили задачу.

Были проведены эксперименты, когда в отличающихся по содержанию глюкозы условиях среды выращивались примерно одинаковые по количеству клеток фрагменты гифальных верхушек, отделённых от родительского мицелия. Образец, растущий в условиях достатка глюкозы, в первый момент после отделения сохраняет высокую скорость роста и ветвления, но примерно через 40 мин. она уменьшается и становится примерно равной той, которой обладает «безглюкозный» образец. В среде без глюкозы рост останавливается сразу после отделения от мицелия, но примерно через 40 минут оба фрагмента растут примерно с одинаковой скоростью. Непонятно, почему лишённый основного источника питания образец с течением времени мобилизует силы для роста и ветвления.

Кроме того, некоторые исследователи наблюдали и отразили это в своих работах, что ток цитоплазмы вместе с питательными веществами, везикулами и органеллами к кончику гифы, осуществляется не только в данном направлении, но и назад. Можно предположить, что данный факт может интерпретироваться как аналог гуморальной регуляции у человека. Таким образом клетки гифы могут «общаться» друг с другом, в смысле, ток цитоплазмы может содержать биохимические маркеры, которые влияют на основные процессы в клетке. Однако это всего лишь гипотеза, которая пока не получила ни одного подтверждения.

Заключение


Таким образом, исследование, осуществлённое с использованием знаний, полученных в течение года в курсе биоинформатики, привело к интересным результатам, которые хорошо совпадают с экспериментальными данными. Рост гриба – некая генетическая программа, защищённая несколькими степенями защиты. Эта программа выполняется всегда. При этом в экстремальных условиях жизни (например, при уменьшении содержания глюкозы в среде) она выполняется на фоне заметного изменения активности генетического аппарата и метаболизма не растущих клеток.

Гипотеза о том, что рост гифы исследуемого объекта отчасти обеспечивается расщеплением собственной хитиновой стенки, пока не подтвердилась, планируется ряд экспериментальных исследований для её проверки.

Литература


  1. З.Э. Беккер, «Физиология грибов и их практическое использование», издательство Московского университета, 1963г, стр.76-81.

  2. C.L. Slayman. Electrical properties of Neurospora crassa. Respiration and the intracellular potential. J. Gen. Physiol. 1965. V.49. p.93-116

  3. N.F. Robertson & S.R.H. Rizvi. Some observations on the hyphae of Neurospora crassa. Ann Bot: 32, 279-91, 1968.




  1. Л.М. Чайлахян, Т.В Потапова, Н.Н. Левина, Т.А. Белозерская, М.С. Крицкий. Изучение межклеточных взаимодействий у мицелиального гриба N.crassa в связи с фотоэлектрическими изменениями в мембранах. Биологические мембраны, т.1, 1984, с. 44-55.




  1. Bowen.A R., Chen-Wu.J L., Momany.M., Young.R., Szaniszlo.P J., Robbins.P W.

  2. Classification of fungal chitin synthases. Proc Natl Acad Sci U S A 1992, 89 (2):519-23
    Center for Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge 02139




  1. R.H. Davis. Neurospora: contributions of a model organism. Oxf. Univ. Press. 2000.




  1. В.Ю. Соколовский, Т.А. Белозерская. Действие стрессоров на дифференциальную экспрессию генов в ходе развития Neurospora crassa. Успехи биологической химии, т.40, 2000, с. 85-152.

  2. [http:\\www.inbi.ras.ru/ubkh/ubkh.htm1]




  1. 8. L. Casselton & M. Zolan. The art and design of genetic screens: filamentous fungi. Nature Reviews Genetics. Vol. 3, 683 -697 (2002).




  1. 9. Rowland H. Davis & David D. Perkins. Neurospora: a model of model microbes. Nature Reviews Genetics. Vol. 3. May 2002. p.7




  1. 10. J.E. Galagan et al. The genome sequence of the filamentous fungus Neurospora crassa. Nature. Vol. 422. 24 April 2003. p. 859




1   2   3   4

Похожие:

Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по биоинформатике
Тема : идентификация белка, исследование его аминокислотной последовательности и построение филогенетического древа гомологов
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа для студентов 1-3 курсов по биоинформатике
Механизм взаимодействия циклооксигеназного и пероксидазного активных центров фермента pghs. (на основании литературных данных и расчетов...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа для студентов 1-3 курсов по биоинформатике
Анализ трехмерных структур изоферментов простагландин h синтазы и оценка влияния точечных аминокислотных замен на структурные и функциональные...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по биоинформатике на тему Поиск белков-мишеней циклопентеноновых простагландинов
При сравнении лиганд-связывающих участков ppar выделены специфические последовательности. Поиск гомологов привел к описанию нескольких...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по истории государства и права
Государственный строй и право Новгорода и Пскова в XII-XV вв.: курсовая работа. — Ульяновск: Уфмгу, 1995. — 55 с
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по дисциплине «Методология исследований в социаль­ных и поведенческих науках»
Таким образом, курсовая работа вместе с заключительным экзаменом подводит итоги обучения по дисциплине «Методология исследований...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа «Правовой статус и виды предпринимателей»
Курсовая работа «Правовой статус и виды предпринимателей» по курсу «Предпринимательское право»
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа Работа классного руководителя по развитию одаренности детей
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа

Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница