معلومة

ما هي العلاقة التطورية بين الهيم والكلوروفيل و tetrapyrroles الأخرى؟

ما هي العلاقة التطورية بين الهيم والكلوروفيل و tetrapyrroles الأخرى؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بصفتي غير متخصص في الأحياء ، فقد بحثت على الإنترنت ووجدت عشرات الأوراق البحثية التي تناقش التشابه بين هياكل جزيئات الهيم والكلوروفيل ، لكنني لم أجد أي مناقشة لعلاقتهما التطورية.

لكي أكون أكثر تحديدًا ، أود أن أعرف ما إذا كان استخدام رباعي بيرول في الدم وفي عملية التمثيل الضوئي يمكن إرجاعه إلى الكائنات الحية الأولى التي كان فيها رباعي بيرول بعض الوظائف ، ثم تطور الجزيء ليكون قادرًا على أداء الوظائف المختلفة التي يؤديها حاليًا في الحيوانات والنباتات.


الديباجة

لقد وجدت هذا السؤال مثيرًا للاهتمام ، لذلك ، على الرغم من جهلي العام في هذا المجال ، فقد حاولت ذلك عنوان مسألة تطور tetrapyrroles بدلا من إجابه هو - هي. مساهمات إضافية هي موضع ترحيب كتعليقات. أعتذر عن الرسم الكبير ، الذي أشعر أنه لا غنى عنه لإجابتي ، ومع ذلك فقد قمت بتضمين ملخص أعلاه ، بحيث يمكن للقراء أن يقرروا ما إذا كانوا يرغبون في قراءة المزيد.

ملخص

  1. هناك أربعة أنواع رئيسية من رباعي بيرول مرتبطة بالبروتينات
  2. يشتركون في مسار مشترك من حمض 5-أمينوليفولينك إلى uroporphyrinogen II
  3. تتم مناقشة السؤال الذي لم يتم حله والذي تطور المسار اللاحق أولاً فيما يتعلق بالعصور القديمة وتعقيدها.
  4. تمت مناقشة الصلة التطورية المحتملة للمسارين المختلفين لتخليق حمض 5-أمينوليفولينك - الموجود في الكائنات الحية المختلفة - أيضًا.

رباعيات البيرولات في البروتينات - التنوع والاساس الكيميائي

على الرغم من أن بنية رباعي بيرول الحلقية تبدو معقدة ، إلا أنها تبدو قديمة جدًا ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى التنوع الكيميائي الكبير لمجمعاتها مع أيونات المعادن في البروتينات ، مقارنة بالبروتينات الأبسط التي تحتوي على أيونات معدنية. توفر الحلقة تنسيقًا دقيقًا رباعيًا يمكن تثبيته في موضعه لتوفير موقعين تنسيق إضافيين (بزاوية قائمة على مستوى الحلقة) والتي يمكن أن تتفاعل مع سلاسل البروتين الجانبية أو الجزيئات الأخرى (مثل الأكسجين ). يتيح الجمع بين الأيونات واستبدال رباعي بيرول والتفاعل مع البروتين ضبط خصائص الأكسدة والاختزال للأيون.

الرسم البياني أدناه (مقتبس من Zappa وآخرون.) يوضح الأنواع الأربعة الرئيسية من رباعي بيرول في البروتينات وكيف يرتبط تركيبها الحيوي. الاثنان المذكوران في السؤال هما في الواقع مشتقات من البروتوبورفيرين التاسع: الكلور ، مثل الكلوروفيل - مع دوره في التمثيل الضوئي - وبروتينات الدم - مع أمثلة على السيتوكرومات في سلسلة نقل الإلكترون التي تكون أكثر انتشارًا من الهيموجلوبين في حقيقيات النوى . بالإضافة إلى ذلك ، توجد الكورينات - وعلى الأخص في فيتامين ب 12 الذي يلعب دورًا في نقل الميثيل - وسيروهيم - الذي يحدث في بعض اختزال الكبريتات والنتريت.

أي رباعي بيرول أقدم من الناحية التطورية؟

كيف يمكننا معالجة السؤال الذي كان أول من ظهر رباعي بيرول؟ هذا السؤال هو ، في الواقع ، أي مسار اصطناعي - أي سلسلة من الإنزيمات - كان أول من ظهر. في مراجعتي للأدب (مثل الملصق) أجد هذا المجال الذي يخاف منه الملائكة ، لكن لكوني متهورًا ، أقترح معيارين. الأول هو ما نعتبره الأعمار النسبية للوظائف التي تخدمها البروتينات، والثاني التعقيد النسبي للمسارات اللازمة لتوليفها.

المعيار الأول محل نزاع. لسوء الحظ ، فإن المقارنة السهلة بين الهيم كناقل للأكسجين في حقيقيات النوى والكلوروفيل كبروتينات التمثيل الضوئي بدائية النواة القديمة معقدة بسبب الدور القديم للهيم في السيتوكرومات. قد يجادل المرء بأن السيتوكرومات هي سمة من سمات التمثيل الغذائي الهوائي التي أعقبت ظهور توليد الأكسجين عن طريق التمثيل الضوئي ، ولكن لسوء الحظ توجد سلسلة نقل الإلكترون في الكائنات اللاهوائية ، حيث قد يكون متقبل الإلكترون النهائي عبارة عن نترات أو نتريت أو حديد حديديك أو كبريتات أو ثاني أكسيد الكربون . بالنظر إلى ذلك ، والتعقيد الأكبر للمسار من البروتوبورفيرين التاسع إلى الكلوروفيل الجرثومي أ بالمقارنة مع ذلك بالنسبة للبروتوهيم (10 خطوات مقارنة بخطوة واحدة) ، يمكن للمرء أن يجادل بأن الكلورين ظهر بعد الدم.

ولكن ماذا عن رباعي البيرول الأخرى؟ يتمثل أحد مقاربات الأعمار النسبية في النظر في العمليات الكيميائية الحيوية التي ربما كانت موجودة في وقت مبكر بعد ظهور الحياة. تم إجراء أحد هذه التحليلات بواسطة Weiss et al. في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Nature Microbiology (2016) 1 ، 1-8 ، بعنوان "فسيولوجيا وموطن آخر سلف مشترك عالمي". لقد توصلوا إلى استنتاج مفاده أن آخر سلف مشترك عالمي (LUCA) كان ذاتي التغذية اللاهوائي الموجود في بيئة حرارية مائية وحصل على الطاقة باستخدام مسار Wood-Ljungdahl مع الهيدروجين كمانح للإلكترون وثاني أكسيد الكربون كمستقبل للإلكترون. نوعان من tetrapyrroles التي يفترضون أنها كانت موجودة في LUCA كوريين (مثل كوبالامين لنقل مجموعة الميثيل) و سيروهيم لاستقلاب الكبريت (اختزال الكبريت) في البيئة الحرارية المائية. لم يذكر البورفيرين! نظرًا لتعقيد مسار 16 خطوة للربط ، مقارنةً بالمسار المكون من خطوة واحدة إلى سيروهيم ، فقد يقترح المرء أن الأخير قد تطور أولاً.

توليف 5-أمينوليفولينك حمض - الآثار التطورية؟

حمض 5-aminolevulinic (كثيرا ما يشار إليه باسمه القديم حمض δ-aminolevulinic) هو مقدمة من uroporphyrinogen II ، السلائف tetrapyrrole الشائعة. ومع ذلك ، يوجد مساران يمكن من خلالهما تكوين هذا ، والذي ، كما أفهمه ، يوجد مسار واحد فقط في أي كائن حي. يمكن أن يكون لواحد من هؤلاء (على الأقل في تفكيري) آثار تطورية. هذه المسارات موضحة أدناه في شكل مقتبس من ورقة عن التخليق الحيوي لدماء بدائية النواة بواسطة H. Panek و M.R. O'Brian (2002).

الجانب المثير للاهتمام لهذا هو أن أحد المسارات (مسار C5) يتضمن تقليل الجلوتاميل-الحمض الريبي النووي النقال ، بينما الآخر (مسار Shemin) هو تفاعل سينسيز تقليدي مع ركائز الجلايسين والسكسينيل- CoA. تتضمن الحجج التي تدعم فرضية عالم الحمض النووي الريبي (RNA) الحفاز ، ووجود النيوكليوسيدات في جزيئات مثل NAD حيث يوجد التعقيد يتناقض مع بساطة وظيفتها. لذا ، بوضع رأسي فوق الحاجز مرة أخرى (لتنويع استعاراتي) ، أود أن أقترح أن استخدام الجلوتاميل-الحمض الريبي النووي النقال لتخليق هذا الوسيط القديم والمهم قد يكون أحفورة أخرى لعالم الحمض النووي الريبي. (ربما ليس ما كان يدور في خلد الناشر عند طرح سؤاله).


لاحظ أن الجزيئات ليست متشابهة ، جزء واحد فقط مشابه.

الجزء المماثل في كل جزيء هو رباعي بيرول دوري. تعتبر مركبات رباعي البيرولات الحلقية والبورفيرينات على وجه الخصوص بنية شائعة إلى حد ما في علم الأحياء ، ولها استخدامات وظيفية عديدة ويسهل بناؤها من جزيئات بيولوجية أبسط موجودة. حقيقة أنها جيدة وظيفيًا في ربط المعادن تجعلها حلًا متكررًا ، على الرغم من أنه لا ترتبط جميع مركبات رباعي البيرول الحلقية بالمعادن. عديدة عديدة تحتوي الجزيئات البيولوجية على رباعي بيرول دوري.

العديد من الجزيئات البيولوجية لها هياكل مشابهة للجزيئات الأخرى ، خاصة تلك التي تؤدي مهامًا متشابهة ، لا يوجد سوى العديد من الأشكال التي يمكنك صنعها باستخدام ذرات الكربون ، ويؤثر شكل الجزيء على خواصه الكيميائية وهذا الشكل بسيط وله خصائص مفيدة. يعتبر الهيم نفسه مكونًا وظيفيًا للعديد من البروتينات المسماة بالبروتينات الدموية ، بشكل أساسي كلما احتاجوا إلى ربط الحديد. قد يكون الكوبالامين المعروف باسم فيتامين ب 12 الذي يربط الكوبالت.

إنه نفس السبب في أن مقابض المطرقة تبدو متشابهة جدًا حتى في الثقافات المختلفة جدًا ، مجرد إرفاق عصا هو حل سهل الاكتشاف ، لذا فهو الذي يتم العثور عليه في معظم الأوقات. وظيفيا هذا هو الشكل الذي يعمل. أو بعبارة أخرى ، فهي ليست سوى أشكال عديدة يمكنك صنعها على شكل عجلة.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167488912001000

http://www.org-chem.org/yuuki/porphyrin/porphyrin.html

https://www.cpp.edu/~lsstarkey/courses/CHM-Lab/PorphyrinBasics.pdf

https://www.mdpi.com/journal/molecules/special_issues/porphyrin_chemistry

لمعالجة السؤال المحدث. أنا بصراحة لا أعرف ما إذا كانوا يشتركون في أصل تطوري. ولكن بالنظر إلى أنها يتم تصنيعها في عضيات مختلفة (الميتوكوندريا للهيم والبلاستيدات الخضراء للكلوروفيل ، فأنا لا أعتقد ذلك.


أنماط في الأصول التطورية للهيم والكلوروفيل أ ومسارات التخليق الحيوي لثنائي فوسفات الأيزوبنتنيل تشير إلى فترات عدم التمثيل الضوئي قبل بدائل البلاستيد في دينوفلاجيلات

من المرجح أن يكون الدينوفلاجيل الأسلاف قد أنشأ بلاستيد يحتوي على بيريدينين ، والذي ورث في أحفاد التمثيل الضوئي الموجودة. ومع ذلك ، دينوفلاجيلات kareniacean و ليبيدودينيوم من المعروف أن الأنواع تحمل بلاستيدات "غير متعارف عليها" تفتقر إلى بيريدينين ، والتي نشأت من خلال الطحالب الطحلبية والتعايش الداخلي للطحالب الخضراء ، على التوالي. بالنسبة لوظيفة البلاستيد والصيانة ، كان من المعروف أن الدينوفلاجيلات المذكورة أعلاه تستخدم البروتينات المشفرة بالنواة الموروثة عموديًا من الأسلاف الدينوفلاجيلات (الموروثة رأسياً أو من النوع السادس) ، وتلك المكتسبة من الكائنات غير السوطية (بما في ذلك التعايش الداخلي). أشارت هذه الملاحظات إلى أن البروتينات الخاصة بالبلاستيدات غير المتعارف عليها المشتقة من نبات هابتوفيت وطحلب أخضر تم تعديلها بواسطة جينات "خارجية" مكتسبة من كائنات غير دينوفلاجيلات. ومع ذلك ، لم يكن هناك تقييم منهجي يعالج كيفية إعادة تشكيل الجينات "الخارجية" للمسارات الأيضية الفردية المترجمة في بلاستيد غير قانوني.


محتويات

للبروتينات الدموية وظائف بيولوجية متنوعة بما في ذلك نقل الغازات ثنائية الذرة ، والتحفيز الكيميائي ، واكتشاف الغازات ثنائية الذرة ، ونقل الإلكترون. يعمل حديد الهيم كمصدر أو حوض للإلكترونات أثناء نقل الإلكترون أو كيمياء الأكسدة والاختزال. في تفاعلات البيروكسيداز ، يعمل جزيء البورفيرين أيضًا كمصدر للإلكترون ، حيث يكون قادرًا على إلغاء تحديد موقع الإلكترونات الجذرية في الحلقة المترافقة. في نقل أو اكتشاف الغازات ثنائية الذرة ، يرتبط الغاز بحديد الهيم. أثناء الكشف عن الغازات ثنائية الذرة ، يؤدي ارتباط ليجند الغاز بحديد الهيم إلى إحداث تغييرات توافقية في البروتين المحيط. [7] بشكل عام ، ترتبط الغازات ثنائية الذرة فقط بالهيم المختزل ، مثل الحديدوز (II) بينما تدور معظم البيروكسيدات بين الحديد (III) والحديد (IV) والبروتينات الهيمبروتينات المشاركة في الأكسدة والاختزال في الميتوكوندريا ، واختزال الأكسدة ، والدورة بين الحديد ( II) و Fe (III).

تم التكهن بأن الوظيفة التطورية الأصلية للبروتينات الدموية كانت نقل الإلكترون في مسارات التمثيل الضوئي البدائية القائمة على الكبريت في الكائنات الحية الشبيهة بالبكتيريا الزرقاء قبل ظهور الأكسجين الجزيئي. [8]

تحقق البروتينات الهيموبروتينات تنوعها الوظيفي الملحوظ من خلال تعديل بيئة الدورة الكلية للهيم داخل مصفوفة البروتين. [9] على سبيل المثال ، ترجع قدرة الهيموجلوبين على توصيل الأكسجين إلى الأنسجة بشكل فعال إلى بقايا أحماض أمينية محددة تقع بالقرب من جزيء الهيم. [10] يرتبط الهيموجلوبين بشكل عكسي بالأكسجين في الرئتين عندما يكون الأس الهيدروجيني مرتفعًا ، ويكون تركيز ثاني أكسيد الكربون منخفضًا. عندما يتم عكس الوضع (انخفاض درجة الحموضة وتركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون) ، فإن الهيموجلوبين سيطلق الأكسجين في الأنسجة. تُعرف هذه الظاهرة ، التي تنص على أن ألفة ارتباط الهيموغلوبين بالأكسجين تتناسب عكسياً مع كل من الحموضة وتركيز ثاني أكسيد الكربون ، بتأثير بوهر. [11] الآلية الجزيئية الكامنة وراء هذا التأثير هي التنظيم الفراغي لسلسلة الغلوبين ، حيث تصبح بقايا الهيستيدين ، الواقعة بجوار مجموعة الهيم ، مشحونة إيجابًا في ظل الظروف الحمضية (التي تسببها ذوبان ثاني أكسيد الكربون2 في عضلات العمل ، وما إلى ذلك) ، وإطلاق الأكسجين من مجموعة الهيم. [12]

الهيمس الرئيسية تحرير

هناك عدة أنواع مهمة من الناحية البيولوجية من الهيم:

هيم أ هيم ب هيم سي هيم يا
رقم PubChem 7888115 444098 444125 6323367
صيغة كيميائية ج49ح56ا6ن4Fe ج34ح32ا4ن4Fe ج34ح36ا4ن4س2Fe ج49ح58ا5ن4Fe
المجموعة الوظيفية في C3 –CH (OH) CH2بعيد –CH = CH2 –CH (سيستين-س-yl) CH3 –CH (OH) CH2بعيد
المجموعة الوظيفية في C8 –CH = CH2 –CH = CH2 –CH (سيستين-س-yl) CH3 –CH = CH2
المجموعة الوظيفية في C18 –CH = س - CH3 - CH3 - CH3

النوع الأكثر شيوعًا هو الهيم ب تشمل الأنواع المهمة الأخرى الهيم أ و الهيم ج. عادةً ما يتم تحديد الهيمات المعزولة بأحرف كبيرة بينما يتم تحديد الهيمات المرتبطة بالبروتينات بأحرف صغيرة. يشير السيتوكروم أ إلى الهيم أ في تركيبة محددة مع بروتين الغشاء الذي يشكل جزءًا من أوكسيديز السيتوكروم سي. [15]

هيميس أخرى تحرير

  • هيم ل هو مشتق من الهيم ب الذي يرتبط تساهميًا ببروتين اللاكتوبيروكسيداز ، اليوزينوفيل بيروكسيديز ، وبيروكسيداز الغدة الدرقية. تؤدي إضافة البيروكسيد مع الجلوتاميل 375 والأسبارتيل 225 من اللاكتوبيروكسيديز إلى تكوين روابط استر بين بقايا الأحماض الأمينية ومجموعات الهيم 1 و 5 ميثيل على التوالي. [16] يُعتقد أن روابط استر مماثلة مع مجموعتي الميثيل هاتين تتشكل في الحمضات وبيروكسيدات الغدة الدرقية. هيم ل هي إحدى الخصائص المهمة لبيروكسيدات نباتات البيروكسيداز الحيوانية التي تتضمن الهيم ب. اللاكتوبيروكسيديز و يوزينوفيل بيروكسيديز هما إنزيمات وقائية مسؤولة عن تدمير البكتيريا والفيروسات الغازية. بيروكسيداز الغدة الدرقية هو إنزيم يحفز التخليق الحيوي لهرمونات الغدة الدرقية المهمة. نظرًا لأن اللاكتوبيروكسيديز يقضي على الكائنات الحية الغازية في الرئتين والفضلات ، يُعتقد أنه إنزيم وقائي مهم. [17]
  • هيم م هو مشتق من الهيم B مرتبط تساهميًا في الموقع النشط للميلوبيروكسيديز. هيم م يحتوي على رابطتي استر في مجموعات الهيم 1 و 5 ميثيل الموجودة أيضًا في الهيم ل من بيروكسيدات الثدييات الأخرى ، مثل لاكتوبيروكسيديز و يوزينوفيل بيروكسيديز. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تكوين رابط أيون السلفوناميد الفريد بين الكبريت في بقايا الأحماض الأمينية الميثيونيل ومجموعة الهيم 2-فينيل ، مما يمنح هذا الإنزيم القدرة الفريدة على أكسدة أيونات الكلوريد والبروميد بسهولة إلى هيبوكلوريت وهيبوبروميت. يوجد الميلوبيروكسيديز في العدلات في الثدييات وهو مسؤول عن تدمير البكتيريا الغازية والعوامل الفيروسية. ربما يصنع الهيبوبروميت عن طريق "الخطأ". يعتبر كل من هيبوكلوريت وهيبوبروميت من الأنواع شديدة التفاعل المسؤولة عن إنتاج النيوكليوسيدات المهلجنة ، وهي مركبات مطفرة. [18] [19]
  • هيم د هو مشتق آخر من الهيم B ، ولكن حيث تشكل السلسلة الجانبية لحمض البروبيونيك عند الكربون في الموضع 6 ، والذي يتم هيدروكسيله أيضًا ، γ-سبيرولاكتون. يتم أيضًا معالجة الحلقة III هيدروكسيل في الموضع 5 ، في التشكل عبر لمجموعة اللاكتون الجديدة. [20] Heme D هو موقع لتقليل الأكسجين إلى الماء لأنواع عديدة من البكتيريا ذات توتر أكسجين منخفض. [21]
  • هيم اس يرتبط بالهيم B من خلال وجود مجموعة رسمية في الموضع 2 بدلاً من مجموعة 2-vinyl. تم العثور على Heme S في الهيموغلوبين لبعض أنواع الديدان البحرية. تم توضيح الهياكل الصحيحة للهيم B و heme S لأول مرة بواسطة الكيميائي الألماني هانز فيشر. [22]

تعكس أسماء السيتوكرومات عادةً (ولكن ليس دائمًا) أنواع الهيمات التي تحتوي عليها: السيتوكروم أ يحتوي على الهيم أ ، السيتوكروم ج يحتوي على الهيم ج ، إلخ. ربما تم تقديم هذه الاتفاقية لأول مرة مع نشر بنية الهيم أ.

استخدام الأحرف الكبيرة لتعيين نوع تحرير الهيم

تم إضفاء الطابع الرسمي على ممارسة تعيين الهيموس بأحرف كبيرة في حاشية سفلية في ورقة كتبها Puustinen و Wikstrom [23] والتي تشرح الشروط التي يجب أن يتم فيها استخدام حرف كبير: "نحن نفضل استخدام الأحرف الكبيرة لوصف هيكل الهيم على أنه معزولة.يمكن بعد ذلك استخدام الأحرف الصغيرة بحرية في السيتوكرومات والإنزيمات ، وكذلك لوصف مجموعات الهيم الفردية المرتبطة بالبروتين (على سبيل المثال ، السيتوكروم bc ، ومجمعات aa3 ، السيتوكروم ب.5، هيم ج1 من قبل الميلاد1 معقدة ، heme a3 من aa3 بعبارة أخرى ، سيتم تعيين المركب الكيميائي بحرف كبير ، لكن حالات محددة في الهياكل ذات الأحرف الصغيرة. وهكذا ، فإن السيتوكروم أوكسيديز ، الذي يحتوي على نصفي A (heme a و heme a3) في تركيبته ، يحتوي على مولين من الهيم أ لكل بروتين مول. السيتوكروم قبل الميلاد1، مع هيميس بح، بإل، و ج1، يحتوي على الهيم B والهيم C بنسبة 2: 1. يبدو أن هذه الممارسة قد نشأت في ورقة كتبها Caughey و York حيث تم تعيين منتج إجراء عزل جديد لهيم السيتوكروم aa3 على الهيم A لتمييزه عن المستحضرات السابقة: "منتجنا ليس مطابقًا من جميع النواحي مع heme a تم الحصول عليه في الحل من قبل عمال آخرين عن طريق تقليل الهيمين كما تم عزله سابقًا (2). لهذا السبب ، سنقوم بتعيين منتجنا heme A حتى يمكن تبرير الاختلافات الواضحة. ". [24] في ورقة لاحقة ، [25] تستخدم مجموعة كوجي الأحرف الكبيرة للهيم B و C المعزولين وكذلك A.

تسمى العملية الأنزيمية التي تنتج الهيم بشكل صحيح تخليق البورفيرين ، حيث أن جميع المركبات الوسيطة هي رباعي البيرولات المصنفة كيميائيًا على أنها بورفيرين. يتم الحفاظ على هذه العملية بشكل كبير عبر علم الأحياء. في البشر ، يخدم هذا المسار بشكل حصري تقريبًا لتشكيل الهيم. في البكتيريا ، ينتج أيضًا مواد أكثر تعقيدًا مثل العامل المساعد F430 والكوبالامين (فيتامين ب12). [26]

يبدأ المسار بتخليق حمض δ-aminolevulinic (dALA أو δALA) من الأحماض الأمينية جلايسين وسكسينيل CoA من دورة حمض الستريك (دورة كريبس). إنزيم تحديد المعدل المسؤول عن هذا التفاعل ، ALA سينثاس، ينظم بشكل سلبي عن طريق تركيز الجلوكوز والهيم. تتمثل آلية تثبيط ALAs بواسطة الهيم أو الهيمين في تقليل استقرار تخليق الرنا المرسال وتقليل تناول الرنا المرسال في الميتوكوندريا. هذه الآلية لها أهمية علاجية: تسريب هيم ارجينات أو الهيماتين يمكن أن يجهض الجلوكوز هجمات البورفيريا المتقطعة الحادة في المرضى الذين يعانون من خطأ فطري في التمثيل الغذائي لهذه العملية ، عن طريق تقليل نسخ ALA synthase. [27]

الأعضاء التي تشارك بشكل رئيسي في تخليق الهيم هي الكبد (حيث يكون معدل التوليف متغيرًا بدرجة كبيرة ، اعتمادًا على تجمع الهيم النظامي) ونخاع العظم (حيث يكون معدل تخليق الهيم ثابتًا نسبيًا ويعتمد على إنتاج الغلوبين السلسلة) ، على الرغم من أن كل خلية تتطلب الهيم لتعمل بشكل صحيح. ومع ذلك ، نظرًا لخصائصه السامة ، فإن البروتينات مثل Hemopexin (Hx) مطلوبة للمساعدة في الحفاظ على المخازن الفسيولوجية للحديد من أجل استخدامها في التخليق. [28] يُنظر إلى Heme على أنه جزيء وسيط في تقويض الهيموغلوبين في عملية استقلاب البيليروبين. يمكن أن تؤدي العيوب في الإنزيمات المختلفة في تركيب الهيم إلى مجموعة من الاضطرابات تسمى البورفيريا ، وتشمل البورفيريا الحادة المتقطعة ، البورفيريا الكريات الحمر الخلقية ، البورفيريا الجلدية المتأخرة ، البورفيريا الوراثية ، البورفيريا المتغيرة ، البروفيريا المتكونة للكريات الحمر. [29] [ بحاجة لمصدر ]

تستخدم شركة Impossible Foods ، منتجي بدائل اللحوم النباتية ، عملية تصنيع الهيم المتسارعة التي تتضمن ليغيموغلوبين جذر فول الصويا والخميرة ، مضيفة الهيم الناتج إلى عناصر مثل فطائر البرجر المستحيلة الخالية من اللحوم (نباتية). تم استخراج الحمض النووي لإنتاج ليغيموغلوبين من عقيدات جذر فول الصويا وتم التعبير عنه في خلايا الخميرة لزيادة إنتاج الهيم لاستخدامه في البرغر الخالي من اللحم. [30] تدعي هذه العملية أنها تخلق نكهة لحمية في المنتجات الناتجة. [31] [32]

يبدأ التدهور داخل البلاعم في الطحال ، والتي تزيل كريات الدم الحمراء القديمة والتالفة من الدورة الدموية. في الخطوة الأولى ، يتم تحويل الهيم إلى بيليفيردين بواسطة إنزيم أوكسيجيناز الهيم (HO). [33] يتم استخدام NADPH كعامل اختزال ، ويدخل الأكسجين الجزيئي في التفاعل ، ويتم إنتاج أول أكسيد الكربون (CO) ويتم إطلاق الحديد من الجزيء مثل أيون الحديد (Fe 2+). [34] يعمل أول أكسيد الكربون كمرسل خلوي ويعمل في توسع الأوعية. [35]

بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن تدهور الهيم هو استجابة محفوظة تطوريًا للإجهاد التأكسدي. باختصار ، عندما تتعرض الخلايا للجذور الحرة ، هناك تحريض سريع للتعبير عن إنزيم الهيم أوكسيجيناز -1 المستجيب للإجهاد (HMOX1) الذي يقوّض الهيم (انظر أدناه). [36] لا يزال سبب وجوب زيادة الخلايا أضعافًا مضاعفة قدرتها على تحلل الهيم استجابةً للإجهاد التأكسدي غير واضح ، لكن يبدو أن هذا جزء من الاستجابة الوقائية الخلوية التي تتجنب الآثار الضارة للهيم الحر. عندما تتراكم كميات كبيرة من الهيم الحر ، فإن أنظمة إزالة سموم الهيم / تدهورها تغمرها ، مما يمكّن الهيم من ممارسة آثاره الضارة. [28]

الهيم الهيم أوكسيجيناز -1 بيليفيردين + حديد 2+
H + + NADPH + O2 NADP + CO

في التفاعل الثاني ، يتم تحويل البيليفيردين إلى البيليروبين عن طريق اختزال البيليفيردين (BVR): [37]

يتم نقل البيليروبين إلى الكبد عن طريق الانتشار الميسر المرتبط بالبروتين (ألبومين المصل) ، حيث يترافق مع حمض الجلوكورونيك ليصبح أكثر قابلية للذوبان في الماء. يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم UDP-glucuronosyltransferase. [38]

يُفرز هذا النوع من البيليروبين من الكبد في الصفراء. يعد إفراز البيليروبين من الكبد إلى القنوات الصفراوية عملية نشطة تعتمد على الطاقة وتحد من المعدل. تقوم البكتيريا المعوية بتفكيك البيليروبين ديجلوكورونيد وتحويل البيليروبين إلى يوروبيلينوجينات. يتم امتصاص بعض اليوروبيلينوجين عن طريق الخلايا المعوية وتنتقل إلى الكلى وتفرز مع البول (اليوروبيلين ، وهو نتاج أكسدة اليوروبيلينوجين ، وهو المسؤول عن اللون الأصفر للبول). ينتقل الباقي إلى أسفل الجهاز الهضمي ويتحول إلى مادة ستيركوبيلينوجين. يتأكسد هذا إلى ستيركوبيلين ، الذي يفرز وهو المسؤول عن اللون البني للبراز. [39]


سيتوكروم ب أصل مراكز التفاعل الضوئي: رابط تطوري بين التنفس والتمثيل الضوئي

ظل الأصل التطوري لمراكز تفاعل التمثيل الضوئي بعيد المنال لفترة طويلة. هنا ، نستخدم التسلسل والتحليل الهيكلي لإثبات وجود رابط تطوري بين السيتوكروم ب وحدة فرعية من السيتوكروم قبل الميلاد1 المركب والببتيدات الأساسية لمركز التفاعل البكتيري الضوئي. على وجه الخصوص ، حددنا منطقة ذات تشابه كبير في التسلسل بين ثلاثة مجالات متجاورة ممتدة للغشاء من السيتوكروم. ب، التي تحتوي على مواقع ربط لنصمين ، وثلاثة مجال متجاور يمتد على الأغشية في الوحدات الفرعية المركزية لمركز التفاعل الضوئي ، والتي تحتوي على مواقع ربط للعوامل المساعدة مثل (جرثومي) الكلوروفيل ، (بكتيريو) فيوفيتين وحديد غير هيم. ثلاثة من أربعة بروابط الهيم في السيتوكروم ب تم العثور عليها ليتم حفظها مع روابط العامل المساعد في مركز التفاعل متعدد الببتيدات. منذ السيتوكروم ب و polypeptides مركز التفاعل تربط كلا من tetrapyrroles و quinones لنقل الإلكترون ، يمكن تفسير التسلسل المرصود والتشابه الوظيفي والهيكلية على أفضل وجه بافتراض أصل تطوري مشترك. يدعم التحليل الإحصائي كذلك علاقة متجانسة بعيدة ولكن مهمة. على أساس التحليلات التطورية السابقة التي أسست سيناريو تطور التنفس قبل عملية التمثيل الضوئي ، فإننا نعتبر أنه من المحتمل أن السيتوكروم ب هي مقدمة تطورية للبروتينات الصميمية لمركز التفاعل من النوع الثاني. من خلال التحليل الهيكلي الذي يؤكد أصلًا تطوريًا مشتركًا لكل من النوعين الأول والثاني من مراكز التفاعل ، نقترح أيضًا فرضية جديدة "بروتين صميم مركز التفاعل مبكرًا" لحساب تطوير البروتينات الجوهرية لمركز التفاعل الضوئي.


الاستنتاجات

مسار التخليق الحيوي لرباعي البيرول في حقيقيات النوى الضوئية هو فسيفساء تطورية نشأت في البكتيريا البروتينية والبكتيريا الزرقاء وحقيقيات النوى. إنه يمثل حقيبة تسوق من الإنزيمات التي تم جمعها خلال تاريخ التعايش الداخلي البلاستيد الذي تم الاحتفاظ به ، نظرًا لدوره الأساسي في التمثيل الغذائي ، حتى بعد فقد قدرات التمثيل الضوئي. نؤكد هنا أن البلاستيدات الثلاثية للدينوتومات تمثل مقصورات مستقلة إلى حد كبير مع التخليق الحيوي رباعي البيرول الذي يحدث بالتوازي مع التخليق الحيوي في بلاستيد بيريدينين. الإنزيمات المترجمة بشكل مفترض إلى أخت فرع البلاستيد السابقة لإنزيمات دينوفلاجيلات ، بينما يحتوي البلاستيد العالي على إنزيمات متفرعة شقيقة لتلك الموجودة في الدياتومات ، مما يعكس أصل العضيات المعنية. في جي. ثيتايقع المسار بالكامل تقريبًا في البلاستيد ، باستثناء حقيقيات النوى فيروشيلاتاز المترجمة على ما يبدو إلى الميتوكوندريون ، مما يشير إما إلى معدل تطوري بطيء أو قيد تطوري. علاوة على ذلك ، لاحظنا أن غالبية المسار محفوظ تطوريًا ومرتبطًا بالنسب الأحمر حتى في الكائنات الحية التي تمتلك حاليًا بلاستيد من أصل الطحالب الخضراء ، أي دينوفلاجيلات. Lepidodinium chlorophorum والكلوراراشنيوفيت ب. natans. ومن ثم ، إذا كانت آلية استهداف البروتين متوافقة مع حجرة البلاستيد الجديدة ، فيمكن تغيير موقع مسار التوليف رباعي بيرول "كما هو" ، وهو ما يتضح في حالة إل. الكلوروفوروم. ومن المثير للاهتمام ، أن مثل هذا السيناريو قد يشير إلى وجود بلاستيد خفي مشتق من اللون الأحمر في وقت سابق من تاريخ كلوراراشنيوفيتيس. في حين أن تطور حقيقيات النوى أصبح أكثر وضوحًا مع زيادة البيانات من سلالات أعمق ، فإن تاريخ عمليات الاستحواذ البلاستيدية يقاوم الكشف عن سيناريو لا لبس فيه بسبب النقل الهائل للجينات والتحيز التطوري. نقترح أن النهج المستهدف الموجه نحو العمليات المحفوظة يمكن أن يؤدي إلى فرضيات جديدة ذات صلة حتى في العصر الجينومي.


أساليب

استرجاع التسلسل وتحليلات النشوء والتطور

تم البحث عن التسلسلات الجزئية لجينات مسار التخليق الحيوي للهيم في بيانات التسلسل لمسوح تسلسل الجينوم 454 لـ كروميرا فيليا و CCMP3155 (Janouškovec et al. ، 2010) بواسطة BLAST 2.2.18 (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov). تم تضخيم تسلسل الترميز الكامل من cDNA لـ جيم فيليا بواسطة 3 ′ RACE و 5 RACE باستخدام مجموعة FirstChoice RLM-RACE (Ambion) ، مستنسخة ومتسلسلة. لكل إنزيم ، تم تحديد المتماثلات المناسبة بواسطة BLAST وتم تنزيلها من مصادر الويب (انظر الجدول التكميلي 1 عبر الإنترنت) ، ومحاذاة باستخدام MAFFT (Katoh and Toh ، 2008) ، وتحريرها يدويًا باستخدام BioEdit (Hall ، 1999) ، واستخدامها لمزيد من التحليلات التطورية (انظر مجموعات البيانات التكميلية من 1 إلى 3 عبر الإنترنت). تم حساب أشجار بايز باستخدام PhyloBayes 3.2d تحت النموذج التطوري CAT-GTR (Lartillot and Philippe ، 2004). لكل تحليل ، تم تشغيل سلسلتين مستقلتين لعدد كافٍ من الخطوات بعد تقارب السلاسل. تم تقييم تقارب سلسلتين مستقلتين بناءً على تحليل bpcomp (PhyloBayes 3.2d). تم اختيار قيمة الاحتراق وفقًا لنفس التحليل (عادةً ما يتم التخلص من 20٪ من الأشجار). وتجدر الإشارة إلى أن وجود المتصورة لم تدعم التسلسلات في تحليلاتنا أي طريقة أخرى لبناء الأشجار بسبب اختلافها الكبير. دعم استخدام نموذج CAT المتقدم فقط الموضع المتوقع لـ المتصورة في نفس الفرع مع apicomplexans الأخرى في العديد من التحليلات. وهكذا ، فإن الأشجار تظهر فقط الاحتمالات الخلفية البايزية وليس أي دعم آخر ، مثل أقصى احتمالية التمهيد. فضلنا استخدام جميع متواليات apicomplexan ، بما في ذلك تلك المتباينة للغاية ، قبل استخدام طرق أخرى للتطور الوراثي على مجموعة البيانات المختصرة.

توطين مفترض من إنزيمات تخليق رباعي بيرول في جيم فيليا

تم اختبار التوطين المفترض للإنزيمات المشفرة نوويًا لمسار رباعي البيرول في تنبؤات السيليكو باستخدام خوادم التنبؤ CBS (http://www.cbs.dtu.dk/services/). على وجه الخصوص ، تم استخدام برامج SignalP و TargetP (Emanuelsson et al. ، 2007) للتنبؤ بنقاط الخدمة SP و TPs ، على التوالي.

في Vivo Radiolabeling من الكلوروفيل

لأداء العلامات الإشعاعية للكلوروفيل في الجسم الحي ، 50 مل من جيم فيليا أو متزامن 6803 خلية في OD750

تم تركيز 0.4 في 350 ميكرولتر من وسائط النمو المكملة بـ 20 ملي مولار من TES / NaOH ، ودرجة الحموضة 8.0 ، وتم نقلها إلى أنبوب زجاجي ، وحضنت على شاكر لمدة ساعة واحدة عند 30 درجة مئوية وعند 80 ميكرولتر من الفوتونات 1 م - 2. بعد ذلك ، تمت إضافة 350 ميكرومتر 14 C-Glu أو 14 C-Gly (نشاط محدد

تم تحضين 50 mCi / mmol American Radiolabeled Chemicals) ، وخلايا أخرى تحت نفس الظروف. تمت مراقبة دمج الحمض الأميني المسمى في الخلايا عن طريق قياس انخفاض النشاط الإشعاعي من المادة الطافية كل 30 دقيقة على محلل التلألؤ السائل (Packard Tri-Carb 1500). بعد ساعتين ، تم غسل الخلايا ثلاث مرات بالماء ثم استخلاص الأصباغ من الخلايا الحبيبية باستخدام 1.3 مل من الميثانول / 0.2٪ NH.4. تم خلط هذا المحلول مع 140 ميكرولتر من 1 مولار كلوريد الصوديوم و 400 ميكرولتر من الهكسان ودوامة. تمت إزالة مرحلة الهكسان المحتوية على الكلوروفيل وتبخيرها على مكثف فراغ ، وتعليقها في 100 ميكرولتر من الميثانول ، وخلطها مع 100 ميكرولتر من الميثانول المحتوي على 10٪ KOH. بعد الحضانة لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة ، تم استخلاص المحلول مرتين باستخدام 200 ميكرولتر من الهكسان ومرة ​​واحدة بمقدار 200 ميكرولتر من الإيثر النفطي (نطاق الغليان 40 إلى 65 درجة مئوية) لإزالة الفيتول والكلوروفيل غير المعالج ، وأخيراً تم تحمضه بمقدار 20 ميكرولتر من المركّز. حمض الهيدروكلوريك. تمت إزالة المحلول الناتج المحتوي على الكلوروفيل المشتق من الكلور عن طريق الطرد المركزي ، ونقل المادة الطافية إلى أنبوب جديد ، وتجفيفها على مكثف فراغ ، وإعادة تعليقها في قطرة ميثانول. تم إجراء كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة ذات الطور العكسي على لوحة هلام السيليكا (Macherey-Nagel) كلوروفورم: الميثانول: تم استخدام الماء (65: 25: 3) كمرحلة متحركة. بعد الفصل ، تم تجفيف اللوحة والتقاط الإشارة على فيلم أشعة إكس (وقت التعرض 5 د).

أرقام الانضمام

يمكن العثور على بيانات التسلسل من هذه المقالة في مكتبات بيانات GenBank / EMBL تحت أرقام الانضمام التالية: HQ222925 إلى HQ222935 للجينات الكاملة للتخليق الحيوي رباعي بيرول لـ جيم فيليا و HQ245653 إلى HQ245656 للتسلسل الجيني الجزئي للسلالة CCMP3155. يتم عرض أرقام الانضمام للتسلسلات المستخدمة في تحليل النشوء والتطور في الجدول التكميلي 1 عبر الإنترنت.

البيانات التكميلية

الشكل التكميلي 1. أشجار النشوء والتطور من Δ-Aminolevulinic Acid Dehydratase و Porphobilinogen Deaminase و Uroporphyrinogen Synthase و Coproporphyrinogen Oxidase و Protoporphyrinogen Oxidase.

الشكل التكميلي 2. مقارنة بين مظاهر ALAS N- الطرفية للعديد من حقيقيات النوى ، بما في ذلك جيم فيليا.

الشكل التكميلي 3. وجود الزخارف التنظيمية المحفوظة للهيم (زخارف CP) في المتغيرات المسبقة N-Terminal لمركبات حمض أمينوليفولينك من مختلف حقيقيات النوى ، بما في ذلك جيم فيليا.

الجدول التكميلي 1. التسلسلات المستخدمة في التحليلات.

مجموعة البيانات التكميلية 1. ملف نصي للمحاذاة يتوافق مع الشكل 1.

مجموعة البيانات التكميلية 2. ملف نصي للمحاذاة يتوافق مع الشكل 2.

مجموعة البيانات التكميلية 3. ملف نصي للمحاذاة يتوافق مع الشكل التكميلي 1.


المواد والأساليب

استرجاع التسلسل وتحليلات النشوء والتطور

تم البحث عن تسلسل جينات مسار التخليق الحيوي للهيم في قواعد بيانات التسلسل المتاحة: PEPdb (http://amoebidia.bcm.umontreal.ca/pepdb) و GenBank و E. gracilis تم الحصول على بيانات الجينوم من قاعدة بيانات تسلسل مختبر MC Field في: http://web.me.com/mfield/Euglena_gracilis (انظر الجدول التكميلي S2 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت لمعرفات التسلسل). حيث تتوفر قطع صغيرة فقط من الجينات ، قمنا بتضخيم شرائح جينية أكبر من cDNA لـ E. gracilis سلالة Z (قدمها البروفيسور كراجوفيتش ، براتيسلافا). The 5' regions were amplified using the FirstChoice RLM-RACE kit (Ambion) or the spliced-leader specific primer (5'-ACACTTTCTGAGTGTCTATTTTTTTTCG-3'). All newly sequenced data were deposited in GenBank under accession numbers: JF292577-JF292587.

For each enzyme, appropriate homologues were identified by Blast, aligned using MAFFT ( Katoh and Toh 2008) and manually edited using BioEdit ( Hall 1999). Phylogenetic trees were computed using PhyloBayes 3.2f under the CAT-GTR evolutionary model ( Lartillot and Philippe 2004). For each analysis, two independent chains were run for at least 50,000 steps. The convergence of the chains was assessed based on bpcomp analysis (PhyloBayes 3.2f). For the 50% majority consensus trees, each 10th tree was sampled and the first 10% of the trees were discarded. The bootstrap support values were calculated in RAxML 7.0.3 ( Stamatakis 2006) using the PROTGAMMALG model after 1,000 replications.


المواد والأساليب

Sequences

All homologs of HemY, HemG, and HemJ were retrieved from the Gclust database (Gclust2010e29b data set at http://gclust.c.u-tokyo.ac.jp/ [last accessed August 12, 2014, now available under “Old versions”] including selected genomes covering plants, algae, nonphotosynthetic eukaryotes, and prokaryotes.) according to the published list of homologs. Gclust is a comparative genomic database of homologous protein clusters suitable for phylogenetic profiling ( Sato 2002, 2009 Sato et al. 2005). The sources of the original databases are described on the website.

We identified all homologs of enzymes involved in heme biosynthesis in all prokaryotic genomes in RefSeq of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) database as of November 2010 (data set AllBact2010) and used them for the statistics shown in table 2. In most analyses, the two data sets were sufficient for obtaining an idea of the overall distribution of enzymes in various phyla. However, some new sequences were retrieved from RefSeq as of February 2013 to complement the data in detailed analyses for supplementary figures S4 and Supplementary Data , Supplementary Material online. All 3,916,828 proteins in the 1,196 prokaryotic genomes were used in all-against-all BLASTP (mostly v2.2.22) analysis (options: –m8 –FF –C0). The results in a single table (specified by option –m8) were used for clustering by use of gclust v3.56 (parallel version) ( Sato 2009). Each of the enzymes in the heme biosynthetic pathway was first identified by name, then all homologs were retrieved as several clusters. Additionally, some singletons were retrieved by following the “related groups” link. A list of enzymes in all analyzed organisms was compiled from the lists of homologs. The huge file of original data of clusters (7.12 GB) is not currently available on the web site but may be obtained from the corresponding author upon request.

Phylogenetic Analyses

Amino acid alignment was performed for each isofunctional enzymes by using Muscle v3.6 ( Edgar 2004). Sequences not aligned in the entire length were removed, and alignment was repeated. The sequence alignment was used for subsequent phylogenetic analysis and homology modeling. The sites with gaps in more than 20% of sequences were removed by use of SISEQ v1.59 ( Sato 2000), which was also used for conversion of various sequence formats. ClustalX v1.83 was used for profile alignment and to manage aligned sequences ( Thompson et al. 1994).

Each alignment was used in the phylogenetic analysis as follows. A neighbor-joining (NJ) tree was estimated with MEGA v4 ( Tamura et al. 2007) with the Jones–Taylor–Thorton (JTT) model and an equal evolutionary rate. Calculation with the ML method involved use of TreeFinder March 2008 version ( Jobb et al. 2004) with the Whelan–Goldman (WAG) model, and with RAxML v7.0.4 ( Stamatakis 2006) with –f d –i 10 –m PROTCATWAG options. The exact parameters were determined by initial trials with –c 10, 40, 55 with or without –i 10. Bootstrap was based on 1,000 replicates. Bayesian inference (BI) involved use of MrBayes v3.2 ( Ronquist and Huelsenbeck 2003), with the following options: aamodelpr = fixed(wag), ratepr = variable, ngen = 2,000,000, samplefreq = 200, burnin = 3,000 (for HemG, ngen = 1,000,000, samplefreq = 100), and with PhyloBayes v3.2e ( Lartillot et al. 2009) with the CAT+gtr model. A 16S–23S-based phylogenetic tree in Cyanobacteria ( fig. 2) was constructed with the BI method as described ( Sasaki and Sato 2010).

The approximately unbiased (AU) test, intended to test the relative likelihood of various forms of trees based on support levels of individual sites, involved use of the CONSEL program ( Shimodaira and Hasegawa 2001), with the output of Protml in MOLPHY v2.3beta ( Adachi and Hasegawa 1996), based on the 19 most probable trees for 20 representative taxa. For this purpose, the trees were selected by Protml with constrained trees according to the results of ML and BI analyses. The WAG and JTT models were used. Phylogenetic trees were drawn with use of NJplot ( Perrière and Gouy 1996) and Mesquite utility v2.5 (http://mesquiteproject.org, last accessed August 12, 2014). The alignment files used for phylogenetic analysis are available in supplementary material , Supplementary Material online.

Homology Modeling

Homology modeling of HemY homologues involved use of Modeller v8v1 or 8v2 ( Sali and Blundell 1993) with the automodel script, modified as necessary. Both of the structures in the Protein Data Bank (PDB) entry 1SEZ for tobacco Protox (PPO2) were used as templates. This file describes two monomers arranged in a symmetric position, but some loops and the N-terminus are invisible because of high flexibility. The corresponding parts in the inferred models are an invention of the software and are only meaningful as an indication of the presence of a structural part. Cartoon models of structure were prepared with use of Molscript ( Kraulis 1991). The coordinate files of homology modeling are available from the corresponding author upon request.


استنتاج

في تلخيص، HrHEMA, HrPOR و HrCAO silencing can cause leaf yellowing and chloroplast structure changes in Hosta. On note, leaves of Hosta مع HrCAO silencing were the most affected, while the HrPOR silencing plant was the least affected. The overexpression of these three genes in tobacco enhanced photosynthesis by accumulating chlorophyll content, but the influential level varied under different light intensities. بالإضافة إلى، HrHEMA-, HrPOR- و HrCAO- overexpressing in tobacco can enhance the antioxidant capacity of plants to cope with stress under higher light intensity. However, under lower light intensity, the antioxidant capacity deteriorated in the HrHEMA-, HrPOR- و HrCAO-overexpressing tobaccos.


أساليب

Sequence Retrieval and Phylogenetic Analyses

Partial sequences of the genes of the heme biosynthesis pathway were searched in the sequence data of the 454 genome sequencing surveys of Chromera velia and CCMP3155 (Janouškovec et al., 2010) by BLAST 2.2.18 (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov). Complete coding sequences were amplified from the cDNA of C. velia by 3′ RACE and 5′ RACE using the FirstChoice RLM-RACE kit (Ambion), cloned, and sequenced. For each enzyme, appropriate homologs were identified by BLAST and downloaded from Web sources (see Supplemental Table 1 online), aligned using MAFFT (Katoh and Toh, 2008), manually edited using BioEdit (Hall, 1999), and used for further phylogenetic analyses (see Supplemental Data Sets 1 to 3 online). Bayesian trees were computed using PhyloBayes 3.2d under CAT-GTR evolutionary model (Lartillot and Philippe, 2004). For each analysis, two independent chains were run for a sufficient number of steps after the chains converged. The convergence of two independent chains was assessed based on bpcomp analysis (PhyloBayes 3.2d). The burnin value was chosen according to the same analysis (usually 20% of the trees were discarded). It should be noted that the presence of المتصورة sequences in our analyses did not support any other method of tree construction because of their high divergence. Only the use of the advanced CAT model supported the expected placement of المتصورة into the same clade with other apicomplexans in many of the analyses. Thus, the trees show only Bayesian posterior probabilities and not any other support, such as maximum likelihood bootstraps. We preferred to use all apicomplexan sequences, including those that are highly divergent, before the use of other additional phylogenetic methods on the reduced data set.

Putative Localizations of Enzymes of the Tetrapyrrole Synthesis in C. velia

Putative localizations of nuclear encoded enzymes of the tetrapyrrole pathway were tested by in silico predictions using CBS prediction servers (http://www.cbs.dtu.dk/services/). In particular, programs SignalP and TargetP (Emanuelsson et al., 2007) were used to predict SPs and TPs, respectively.

In Vivo Radiolabeling of Chlorophyll

To perform in vivo radiolabeling of chlorophyll, 50 mL of C. velia أو متزامن 6803 cells at OD750

0.4 were concentrated into 350 μL of growth media supplemented with 20 mM TES/NaOH buffer, pH 8.0, transferred into a glass tube, and incubated on a shaker for 1 h at 30ଌ and at 80 μmol of photons s 𢄡 m 𢄢 . Then, 350 μM 14 C-Glu or 14 C-Gly was added (specific activity

50 mCi/mmol American Radiolabeled Chemicals), and cells were further incubated under the same conditions. Incorporation of labeled amino acid into cells was monitored by measuring decrease of the radioactivity from the supernatant every 30 min on liquid scintillation analyzer (Packard Tri-Carb 1500). After 2 h, cells were washed three times with water and then pigments were extracted from pelleted cells using 1.3 mL of methanol/0.2% NH4. This solution was mixed with 140 μL of 1 M NaCl and 400 μL of hexane and vortexed. Hexane phase containing chlorophyll was removed and evaporated on a vacuum concentrator, resuspended in 100 μL of methanol, and mixed with 100 μL of methanol containing 10% KOH. After incubation for 15 min at room temperature, the solution was extracted twice with 200 μL hexane and once by 200 μL of petroleum ether (boiling range 40 to 65ଌ) to remove phytol and unprocessed chlorophyll, and finally acidified by 20 μL of concentrated HCl. The resulting solution containing the chlorophyll derivate chlorin was cleared by centrifugation, the supernatant transferred into a new tube, dried on a vacuum concentrator, and resuspended in a drop of methanol. Reverse-phase thin layer chromatography was performed on silica-gel plate (Macherey-Nagel) chloroform:methanol:water (65:25:3) was used as the mobile phase. After separation, the plate was dried and the signal captured on an x-ray film (exposure time of 5 d).

Accession Numbers

Supplemental Data

The following materials are available in the online version of this article.

Supplemental Figure 1. Phylogenetic Trees of δ-Aminolevulinic Acid Dehydratase, Porphobilinogen Deaminase, Uroporphyrinogen Synthase, Coproporphyrinogen Oxidase, and Protoporphyrinogen Oxidase.

Supplemental Figure 2. Comparison of ALAS N-Terminal Presequences of Various Eukaryotes, Including C. velia.

Supplemental Figure 3. Presence of Conserved Heme Regulatory Motifs (CP Motifs) in the N-Terminal Presequences of δ-Aminolevulinic Acid Synthases of Various Eukaryotes, Including C. velia.

Supplemental Table 1. Sequences Used in the Analyses.

Supplemental Data Set 1. Text File of Alignment Corresponding to Figure 1 .

Supplemental Data Set 2. Text File of Alignment Corresponding to Figure 2 .

Supplemental Data Set 3. Text File of Alignment Corresponding to Supplemental Figure 1.


شاهد الفيديو: Heme Catabolism and Degradation Pathway - Biochemistry Lesson (قد 2022).