O papel biológico das enzimas iso-funcionais não homólogas em linhagens de Escherichia coli

Abstract

Enzimas são proteínas que catalisam reações bioquímicas, funcionando como catalisadores biológicos naturais. Cada enzima tem um nome recomendado e número atribuído por uma comissão especializada, a "Enzyme Comission", um número que classifica a enzima de acordo com a reação que catalisa e de acordo com a sua função enzimática. As enzimas que catalisam a mesma reação geralmente têm uma alta semelhança entre as suas estruturas primária (por Ex. homólogos), isto reflete na semelhança das estruturas terciárias, o que sugere uma origem evolutiva comum. Contudo, agumas enzimas são capazes de catalizar a mesma transformação química e possuem distintas estruturas terciárias, são originadas de eventos evolutivos independentes, por processos de convergência funcional. Estas enzimas são conhecidas como enzimas isofuncionais não homólogas isofuncionais (NISEs). Analisando dados genômicos de diferentes linhagens de Escherichia coli, observamos a presença simultânea de NISEs no mesmo genoma. Não sabemos o significado biológico ou o impacto sobre o metabolismo da presença destas enzimas no mesmo genoma Neste trabalho nós mostramos que estas enzimas têm diferentes estruturas terciárias confirmados pela validação estrutural e várias outras características funcionais diferentes, por exemplo, afinidade diferente para um substrato, diferentes padrões cinéticos e co-fatores, diferenças na estabilidade e regulação. Estas enzimas também podem ter diferentes padrões de expressão gênica e co-expressão e regulação, diferentes parceiros nas redes de interações proteína-proteína. A análise do número de cópias mostrou um aumento do número de cópias (Ex. amplificação gênica) de enzimas do metabolismo central envolvidas em processos essenciais, tais como: recombinação genética: (RusA: Crossover junction endodeoxyribonuclease RusA, EC 3.1.22.4), a modificação da parede celular e morte celular programada (RrrD: Lysozyme RrrD, EC 3.2.1.17), a subversão da resposta imune (UshA, 5'-nucleotidase, EC 3.1.3.5), formação de biofilmes, células de persistência (PlsB: Glycerol-3-phosphate acyltransferase, EC 2.3.1.15). Os resultados mostram que NISEs em em linhagens de E. coli não representam casos de redundância funcional, tais enzimas aumentam a adaptação e flexibilidade metabôlica da bactéria para lidar com diferentes desafios ambientais.