az élet szikrája az anyagcsere autokatalitikus magja

Az Az élet szikrájaélet szikrájaaz anyagcsere autokatalitikus magjaaz anyagcsere autokatalitikus magja

Kun ÁdámKun ÁdámNövényrendszertani és Ökológia Tsz.Növényrendszertani és Ökológia Tsz.

Az Élet SzikrájaAz Élet Szikrája

Mitől több – ha több - Mitől több – ha több - az élő sejt egy zsák az élő sejt egy zsák enzimnél és némi enzimnél és némi DNS-nél?DNS-nél?

Mitől lesz élő egy sejt?Mitől lesz élő egy sejt?

Egy zsák enzim és DNSEgy zsák enzim és DNS

Legyen egy sejtünk, Legyen egy sejtünk, amiben csak enzimek amiben csak enzimek és DNS (RNS) van.és DNS (RNS) van.

A környezetben A környezetben minden tápanyag jelen minden tápanyag jelen van, amit az élőlény fel van, amit az élőlény fel tud venni (optimális tud venni (optimális mennyiségben)mennyiségben)

Enzimek

DNA/RNA

Nincsen kis molekulasúlyú

metabolit!

H2O, H+, CO2, Fe2+, CNO, NO2-, NO3

-, HPO42-,

SO42-, O2, cukrok, aminosavak, alkoholok

Egy zsák enzim és DNSEgy zsák enzim és DNS

Működőképes-e ez a Működőképes-e ez a sejt?sejt?

Kell-e valaminek eleve Kell-e valaminek eleve a sejtben lennie, hogy a sejtben lennie, hogy a metabolizmus a metabolizmus beinduljon?beinduljon?

Enzimek

DNA/RNA

???

H2O, H+, CO2, Fe2+, CNO, NO2-, NO3

-, HPO42-,

SO42-, O2, cukrok, aminosavak, alkoholok

Elméleti kísérlet!Elméleti kísérlet!

Legyen egy Legyen egy reakcióhálózatunkreakcióhálózatunk Adjuk meg a Adjuk meg a felvehető anyagokfelvehető anyagok listáját listáját Mi termelhető meg a reakciólista alapján?Mi termelhető meg a reakciólista alapján?

1.1. Ha minden megtermelhető, akkor az élő Ha minden megtermelhető, akkor az élő sejt nem több egy zsák enzimnél.sejt nem több egy zsák enzimnél.

2.2. Ha nem termelhető meg minden, akkor mi Ha nem termelhető meg minden, akkor mi kell még?kell még?

Genom alapú anyagcsere hálózat Genom alapú anyagcsere hálózat rekonstrukciórekonstrukció

Teljes genom alapjánTeljes genom alapján Minden kódoló régióhoz próbálnak enzimet Minden kódoló régióhoz próbálnak enzimet

kapcsolni (hasonlóság alapján)kapcsolni (hasonlóság alapján) Kézzel javítják a hálózatotKézzel javítják a hálózatot

– Reakció reverzibilitásReakció reverzibilitás– Nincsenek rosszul definiált reaktánsok („egy Nincsenek rosszul definiált reaktánsok („egy

alkohol”) alkohol”) – Transzport reakciók vannak, és kísérlet alapúakTranszport reakciók vannak, és kísérlet alapúak– Kofaktor használat jóKofaktor használat jó

RekonstrukciókRekonstrukciók

Teljes genom sok vanTeljes genom sok van Automatikus rekonstrukció egyszerűAutomatikus rekonstrukció egyszerű Egy jó rekonstrukcióhoz 1-2 év kell...Egy jó rekonstrukcióhoz 1-2 év kell...

Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis

Fotoszinterikus organizmusra nincs jó Fotoszinterikus organizmusra nincs jó rekonstrukciórekonstrukció

Genom ismertGenom ismert Automatikus rekonstrukció MetaCyc Automatikus rekonstrukció MetaCyc

adatábiz alapján (adatábiz alapján (metacyc.org)) Ez még borzalmasan rossz!Ez még borzalmasan rossz!


Kiszedjük a „felesleges reakciókat”Kiszedjük a „felesleges reakciókat”– Peptidekkel kapcsolatosakPeptidekkel kapcsolatosak

GLT + 5-L-GLUTAMYL-PEPTIDE --> 5-L-GLUTAMYL-L-AMINO-ACID + PeptidesGLT + 5-L-GLUTAMYL-PEPTIDE --> 5-L-GLUTAMYL-L-AMINO-ACID + Peptides – Definiálatlan reaktánsokDefiniálatlan reaktánsokO2 + REDO2 + RED.. FLAVOPROTEIN + RH <=> h2o + OX FLAVOPROTEIN + RH <=> h2o + OX.. FLAVOPROTEIN + an alcohol FLAVOPROTEIN + an alcohol

– Definiálatlan kofaktor használatDefiniálatlan kofaktor használat

O2 + Donor-H2 + NEUROSPORENE <=> (2.0) h2o + Acceptor + lycopeneO2 + Donor-H2 + NEUROSPORENE <=> (2.0) h2o + Acceptor + lycopene


Reakció reverzibilitást ellenőriztükReakció reverzibilitást ellenőriztük E. coliE. coli rekonstrució és biokémiai „intuíció” rekonstrució és biokémiai „intuíció”

alapjánalapján Fontos, hogy a reakció reverzibilitás Fontos, hogy a reakció reverzibilitás

fizológiai körülmények között értendő. fizológiai körülmények között értendő. Mesterséges körülmények között több Mesterséges körülmények között több enzim reverzibilisen működik!enzim reverzibilisen működik!


Reakciók teljessé tétele.Reakciók teljessé tétele.– HH++ konzekvensen hi konzekvensen hiányzottányzott

Transzport reakciókTranszport reakciók– Teljesen hiányoztakTeljesen hiányoztak– Irodalom / más adatbázis alapjánIrodalom / más adatbázis alapján


Hiányos reakcióutak teljessé tételeHiányos reakcióutak teljessé tétele– Tudjuk, hogy minden aminosavat meg tud Tudjuk, hogy minden aminosavat meg tud

szintetizálni. Aszparagin és cisztein szintetizálni. Aszparagin és cisztein bioszintézisben volt lyuk. Tirozin bioszintézisre bioszintézisben volt lyuk. Tirozin bioszintézisre találtunk alternatív utat.találtunk alternatív utat.

– Coenzim A bioszintézis nem volt teljes Coenzim A bioszintézis nem volt teljes (5 reakciót (5 reakciót tettünk be)tettünk be)

– Plasztokinon és E vitamin szintézis hiányzottPlasztokinon és E vitamin szintézis hiányzott– Klorofill bioszintézis hiányos voltKlorofill bioszintézis hiányos volt


Volt, hogy reakciót törölni kellettVolt, hogy reakciót törölni kellett– Két gén glutation peroxidáznak neveztek el Két gén glutation peroxidáznak neveztek el

szekvencia hasonlóság alapján. Ilyen aktivitást szekvencia hasonlóság alapján. Ilyen aktivitást azonban nem találtak a cianobaktériumban. azonban nem találtak a cianobaktériumban. Igazából peroxidázok ezek a gének.Igazából peroxidázok ezek a gének.

Scope analízisScope analízis

1.1. Vegyünk egy mag halmazt (Vegyünk egy mag halmazt (pl. külső pl. külső

molekulákmolekulák))

2.2. Vegyük azokat a reakciókat amelyek egyik Vegyük azokat a reakciókat amelyek egyik oldalán csak a maghalmazban levő oldalán csak a maghalmazban levő molekula vanmolekula van

3.3. Adjuk a reakció termékeit a Adjuk a reakció termékeit a maghalmazhozmaghalmazhoz

4.4. Ismételjük a 2-3-at amíg lehetIsmételjük a 2-3-at amíg lehet

Heinrich Heinrich et al.et al.

KEGG adatábzis (KEGG adatábzis (reverzibilitás rossz!) reverzibilitás rossz!) minden minden reakciójárareakciójára

Minden vegyület scope-ját kiszámoltákMinden vegyület scope-ját kiszámolták– A legnagyobb scope-ja (21A legnagyobb scope-ja (210101)) a a adenosine 5'-

phosphosulfate; 3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate; dephospho-CoA; UDP-6-sulfoquinovose vegyületeknek van.

Scope: Összes molekulát elérendőScope: Összes molekulát elérendő

Scope: Kis molekulák scope-jaScope: Kis molekulák scope-ja

Kiindulás: COKiindulás: CO22, NH, NH33, H, H33POPO44, H2SO, H2SO44

Eredmény: Mint az APSEredmény: Mint az APS Kiindulás (prebiotikus): HKiindulás (prebiotikus): H22CO, CHCO, CH33SH, NHSH, NH33, ,

PP33OO774-4-

Eredmény: Mint az APSEredmény: Mint az APS

Genom alapú rekonstrukciókGenom alapú rekonstrukciók

EubacteriaEubacteria– Escherichia coliEscherichia coli – Heliobacter pyloriHeliobacter pylori– Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus– Lactococcus lactisLactococcus lactis– Streptomyces coelicolorStreptomyces coelicolor– Geobacter sulfurreducensGeobacter sulfurreducens– SynechocystisSynechocystis

ArcheaArchea– Methanosarcina barkeriMethanosarcina barkeri

EukariótaEukarióta– Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae

Minimal metabolismMinimal metabolism

KísérletKísérlet

Kívülről adott molekulákKívülről adott molekulák Megtermelhető (elérendő) molekulákMegtermelhető (elérendő) molekulák Ha a kívülről adottak scope-jában minden Ha a kívülről adottak scope-jában minden

megtermelhető molekula megvan, akkor megtermelhető molekula megvan, akkor vége.vége.

Ha nincs, akkor mely molekula hozzáadása Ha nincs, akkor mely molekula hozzáadása növeli a scop-ot a legjobban?növeli a scop-ot a legjobban?

Hány molekulát kell hozzáadni, hogy Hány molekulát kell hozzáadni, hogy minden elérhető legyen.minden elérhető legyen.

Kívülről adott molekulákKívülről adott molekulák

Minden felvehető molekulaMinden felvehető molekula Makromolekulák, amelyeket a hálózat nem Makromolekulák, amelyeket a hálózat nem

tud megtermelni, de fontosaktud megtermelni, de fontosak– tRNStRNS– Fehérjék: Tioredoxin, Acyl Carrier ProteinFehérjék: Tioredoxin, Acyl Carrier Protein

Mit kell elérni?Mit kell elérni?

A legjobb rekonstrukció sem teljes.A legjobb rekonstrukció sem teljes. Vannak benne lyukak (Vannak benne lyukak (egyes molekulák nem egyes molekulák nem

elérhetőekelérhetőek)) Például egyes molekula párok, csak 1 Például egyes molekula párok, csak 1

reakcióban szerepelnek:reakcióban szerepelnek:H2O + Raffinose -> Melibose + D-FructoseH2O + Raffinose -> Melibose + D-Fructose

Fluxus analízissel megállapítottuk az Fluxus analízissel megállapítottuk az elérhető metabolitokat.elérhető metabolitokat.

Escherichia coliEscherichia coli

Reakció szám: 931Reakció szám: 931 Metabolitok száma: 761Metabolitok száma: 761 Megtermelhető metabolitok: 692Megtermelhető metabolitok: 692 Külső molekulák: 53Külső molekulák: 53 Makromolekulák: 3Makromolekulák: 3 Külsők scope-ja: 315Külsők scope-ja: 315 Hozzáadandó:Hozzáadandó:

ATP

Autokatalitikus ciklusokAutokatalitikus ciklusok

ATP autokatalitikus szintéziseATP autokatalitikus szintézise

Heliobacter pyloriHeliobacter pylori


ATP

Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus


ATP

Lactococcus lactisLactococcus lactis


ATP

Streptomyces coelicolorStreptomyces coelicolor

Reakció szám: 7Reakció szám: 70202 Metabolitok száma: Metabolitok száma: 601601 Megtermelhető metabolitok: Megtermelhető metabolitok: 562562 Külső molekulák: Külső molekulák: 104104 Makromolekulák: Makromolekulák: 44 Külsők scope-ja: Külsők scope-ja: 267267 Hozzáadandó:Hozzáadandó:

ATP

Methanosarcina barkeriMethanosarcina barkeri

Reakció szám: Reakció szám: 619619 Metabolitok száma: Metabolitok száma: 630630 Megtermelhető metabolitok: Megtermelhető metabolitok: 567567 Külső molekulák: Külső molekulák: 7070 Makromolekulák: Makromolekulák: 2121 Külsők scope-ja: Külsők scope-ja: 159159 Hozzáadandó:Hozzáadandó:

ATP + NAD

Autokatalitikus NAD szintAutokatalitikus NAD szintéézis zis

nicotinic acid (external)

nicotinic acidnicotinate D-

ribonucleotidedeamino-NAD+ NAD+

ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPiH+ PPi

5-phospho--D-ribose 1-diphosphate

-D-ribose 5-phosphate

ATP

AMP + H+

D-ribulose 5-phosphate

D-xylulose 5-phosphate

D-erythrose 4-phosphate D-fructose 6-phosphate D-fructose 1,6-bisphosphate

Pi H2O

glyceraldehyde 3-phosphate dihydroxyacetone phosphate

3-Phospho-D-glyceroyl phosphate

NADH

indole

D-glucose 6-phosphate

D-fructose 1-phosphate

D-glyceraldehyde


D-glucose

ADP AMP + H+

glycogen

H2OD-mannose 6-phosphate

D-mannose 1-phosphate

GDP + H+ Pi

GDP-D-mannose

C'-(3-Indolyl)-glycerol 3-phosphate

1-(2-carboxyphenylamino)-1-deoxy-D-ribulose 5-phosphate

Pi

H+

CO2 + H2O

N-(5-phospho-D-ribosyl)anthranilate

orotidine

PPi

UDP-glucose

H+ + UDP

UDP-galactose

nicotinic acid (external)

nicotinic acidnicotinate D-

ribonucleotidedeamino-NAD+ NAD+

ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPiH+ PPi

5-phospho--D-ribose 1-diphosphate

-D-ribose 5-phosphate

ATP

AMP + H+

D-ribulose 5-phosphate


D-erythrose 4-phosphate D-fructose 6-phosphate D-fructose 1,6-bisphosphate

Pi H2O

glyceraldehyde 3-phosphate dihydroxyacetone phosphate


NADH

indole


D-fructose 1-phosphate

D-glyceraldehyde


D-glucose

ADP AMP + H+

glycogen

H2OD-mannose 6-phosphate

D-mannose 1-phosphate

GDP + H+ Pi

GDP-D-mannose

C'-(3-Indolyl)-glycerol 3-phosphate

1-(2-carboxyphenylamino)-1-deoxy-D-ribulose 5-phosphate

Pi

H+

CO2 + H2O

N-(5-phospho-D-ribosyl)anthranilate

orotidine

PPi

UDP-glucose

H+ + UDP

UDP-galactose

Geobacter sulfurreducensGeobacter sulfurreducens

Reakció szám: 527Reakció szám: 527 Metabolitok száma: 544Metabolitok száma: 544 Megtermelhető metabolitok: 4Megtermelhető metabolitok: 40606 Külső molekulák: Külső molekulák: 4141 Makromolekulák: Makromolekulák: 77 Külsők scope-ja: Külsők scope-ja: 8282 Hozzáadandó:Hozzáadandó: ATP + NAD + THF + CoA

Autokatalitikus NAD szintAutokatalitikus NAD szintézisézis

L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-

ribonucleotideDeamino-

NAD+NAD+

ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi

NADH

NAD+ NADH + 2H+ Dihydroxyacetonephosphate

2 H2O + Pi 2H+ + PRPP CO2 + PPi

L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-

ribonucleotideDeamino-

NAD+NAD+


NADH

NAD+ NADH + 2H+ Dihydroxyacetonephosphate


Autokatalitikus Autokatalitikus CoACoA szint szintézisézis

N-((R)-4-Phosphopantothenoyl)-L-cysteine

Pantetheine 4'-phosphate

H+ CO2 ATP + H+ PPi

Dephospho-CoA

ATP ADP + H+

Coenzyme A

D-4'-Phosphopantothenate

NAD + pyruvate

CO2 + NADH

Acetyl-CoA

CoA L-serine

O-Acetyl-L-serine

acetate + H+ H2S

L-Cysteine

(R)-Pantothenate

ADP + H+ ATP

(R)-Pantoate

AMP + PPi + H+ -alanine + ATP

2-Dehydropantoate

NADP NADPH + H+

3-Methyl-2-oxobutanoate

THF

H2O + 5,10-Methylene-THF2-Oxoglutarate + L-valine

L-Glutamate

N-((R)-4-Phosphopantothenoyl)-L-cysteine

Pantetheine 4'-phosphate

H+ CO2 ATP + H+ PPi

Dephospho-CoA

ATP ADP + H+

Coenzyme A

D-4'-Phosphopantothenate

NAD + pyruvate

CO2 + NADH

Acetyl-CoA

CoA L-serine

O-Acetyl-L-serine

acetate + H+ H2S

L-Cysteine

(R)-Pantothenate

ADP + H+ ATP

(R)-Pantoate


2-Dehydropantoate

NADP NADPH + H+

3-Methyl-2-oxobutanoate

THF

H2O + 5,10-Methylene-THF2-Oxoglutarate + L-valine

L-Glutamate

Autokatalitikus Autokatalitikus THFTHF szint szintézisézis2-Amino-4-hydroxy-6-

hydroxymethyl-7,8-dihydropteridine

Dihydropteroate

4-Aminobenzoate H2O

7,8-Dihydrofolate

ATP + L-glutamate ADP + Pi + H+

Folate

NADP NADPH

THF

2 NADPH + H+ 2 NADP

Dihydropteroate

AMP + H+

ATP

Dihydro-neo-pterin

glycolaldehide

Dihyrdo-neo-pterin-phosphate

Pi H2O formate H2O

GTP

5-Phospho--D-ribose 1-diphosphate 5-Phospho--D-ribosylamine

L-glutamine + H2O L-glutamate + PPi

N1-(5-Phospho-D-ribosyl)-glycinamide

glycine + ATP ADP + Pi

10-formyl-THF

THF

N2-Formyl-N1-(5-phospho-D-ribosyl)-glycinamide

2-(Formamido)-N1-(5-phospho-D-ribosyl)-acetamidine

L-glutamate+ ADP+ Pi + H+

H2O + L-glutamine + ATP

5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole

ADP + Pi + 2 H+ ATP

ADP + Pi + H+

ATP + H2O + CO2

5-phosphoribosyl-5-carboxyamino-

imidazole

5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole-4-

carboxylate


carboxylate

ATP + L-aspartate ADP + Pi

AICAR10-formyl-THF

THF

fumarate

5-Formamido-1-(5-phospho-D-ribosyl)-

imidazole-4-carboxamideInosine-5’-phosphate

H2O

XMP

NADH + H+ H2O + NADAMP + PPi + L-glutamate L-glutamine + H2O

GMP

GDP

ADP ATPATP ADP

2-Amino-4-hydroxy-6-hydroxymethyl-7,8-

dihydropteridineDihydropteroate

4-Aminobenzoate H2O

7,8-Dihydrofolate

ATP + L-glutamate ADP + Pi + H+

Folate

NADP NADPH

THF

2 NADPH + H+ 2 NADP

Dihydropteroate

AMP + H+

ATP

Dihydro-neo-pterin

glycolaldehide

Dihyrdo-neo-pterin-phosphate

Pi H2O formate H2O

GTP

5-Phospho--D-ribose 1-diphosphate 5-Phospho--D-ribosylamine

L-glutamine + H2O L-glutamate + PPi

N1-(5-Phospho-D-ribosyl)-glycinamide

glycine + ATP ADP + Pi

10-formyl-THF

THF

N2-Formyl-N1-(5-phospho-D-ribosyl)-glycinamide

2-(Formamido)-N1-(5-phospho-D-ribosyl)-acetamidine

L-glutamate+ ADP+ Pi + H+

H2O + L-glutamine + ATP

5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole

ADP + Pi + 2 H+ ATP

ADP + Pi + H+

ATP + H2O + CO2

5-phosphoribosyl-5-carboxyamino-

imidazole


carboxylate


carboxylate

ATP + L-aspartate ADP + Pi

AICAR10-formyl-THF

THF

fumarate

5-Formamido-1-(5-phospho-D-ribosyl)-

imidazole-4-carboxamideInosine-5’-phosphate

H2O

XMP

NADH + H+ H2O + NADAMP + PPi + L-glutamate L-glutamine + H2O

GMP

GDP

ADP ATPATP ADP

SynechocystisSynechocystis

Reakció szám: Reakció szám: 917917 Metabolitok száma: Metabolitok száma: 879879 Megtermelhető metabolitok: Megtermelhető metabolitok: 637637 Külső molekulák: Külső molekulák: 1818 Makromolekulák: Makromolekulák: 3434 Külsők scope-ja: Külsők scope-ja: 6464 Hozzáadandó:Hozzáadandó: ATP + NAD + THF + CoA

+ cukor

ATP és cukrok feléATP és cukrok felé

ADP-ribose

H2O 2 H+

-D-ribose5-phosphate

AMP

D-ribulose 5-phosphate D-ribulose-1,5-biphosphate

ATP ADP


glyceraldehyde 3-phosphate

sedoheptulose 7-phosphate

D-fructose 1,6-bisphosphate

dihydroxyacetone phosphate

H+D-fructose 6-phosphate

ADP

ATP

Calvin –

cycle

ADP-glucose

glycogenD-glucose 1-phosphateD-glucose 6-phosphate

maltodextrin Pi

ADP-ribose

H2O 2 H+

-D-ribose5-phosphate

AMP

D-ribulose 5-phosphate D-ribulose-1,5-biphosphate

ATP ADP


glyceraldehyde 3-phosphate

sedoheptulose 7-phosphate

D-fructose 1,6-bisphosphate

dihydroxyacetone phosphate

H+D-fructose 6-phosphate

ADP

ATP

Calvin –

cycle

ADP-glucose

glycogenD-glucose 1-phosphateD-glucose 6-phosphate

maltodextrin Pi

Kálvin ciklusKálvin ciklus

Autokatalitikus Autokatalitikus NADNAD szint szintézisézis

L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide

Deamino-NAD+ NAD+


NADH

H2O H2O2 dihydroxyacetonephosphate


oxaloacetate

L-glutamate

2-oxoglutarate

D-glutamate

NH4+ H2O

L-glutamine

NADP+ + H2O NADPH + H+ + NH4+

2-oxoglutarate


Deamino-NAD+ NAD+


NADH

H2O H2O2 dihydroxyacetonephosphate


oxaloacetate

L-glutamate

2-oxoglutarate

D-glutamate

NH4+ H2O

L-glutamine

NADP+ + H2O NADPH + H+ + NH4+

2-oxoglutarate

Autokatalitikus Autokatalitikus CoACoA szint szintézisézisN-((R)-4-phosphopantothenoyl)-L-

cysteinepantetheine 4'-phosphate

H+ CO2 ATP + H+ PPi

dephospho-CoA

ATP ADP + H+

Coenzyme A

D-4'-phosphopantothenate

NAD+ + pyruvateCO2 + NADH

(R)-pantothenate

ADP + H+ ATP

(R)-pantoate


2-dehydropantoate

acetyl-CoA

CoA L-serine

O-acetyl-L-serine

acetate + H+ H2S

L-cysteine

NADP+

NADPH + H+

3-methyl-2-oxobutanoate

THF5,10-Methylene-THF+ H2O

2-oxoglutarate + L-valine

L-Glutamate

L-cystathionine

H2O

L-serine

L-homocysteineS-Adenosyl-L-homocysteine

H2Oadenosine

S-Adenosyl-L-methionine

L-methionine

ATP + H2OPi + PPi

THF5-Methyl-THF

N-((R)-4-phosphopantothenoyl)-L-cysteine

pantetheine 4'-phosphate

H+ CO2 ATP + H+ PPi

dephospho-CoA

ATP ADP + H+

Coenzyme A

D-4'-phosphopantothenate

NAD+ + pyruvateCO2 + NADH

(R)-pantothenate

ADP + H+ ATP

(R)-pantoate


2-dehydropantoate

acetyl-CoA

CoA L-serine

O-acetyl-L-serine

acetate + H+ H2S

L-cysteine

NADP+

NADPH + H+

3-methyl-2-oxobutanoate

THF5,10-Methylene-THF+ H2O

2-oxoglutarate + L-valine

L-Glutamate

L-cystathionine

H2O

L-serine

L-homocysteineS-Adenosyl-L-homocysteine

H2Oadenosine


L-methionine

ATP + H2OPi + PPi

THF5-Methyl-THF

Heterotróf növekedésHeterotróf növekedés

Calvin ciklus nem autokatalitikus, ha fel Calvin ciklus nem autokatalitikus, ha fel lehet venni cukrotlehet venni cukrot

Minimum metabolizmusMinimum metabolizmus

Reakció szám: Reakció szám: 5555 Metabolitok száma: Metabolitok száma: 6969 Megtermelhető metabolitok: Megtermelhető metabolitok: 6969 Külső molekulák: Külső molekulák: 88 Makromolekulák: Makromolekulák: 00 Külsők scope-ja: Külsők scope-ja: 88 Hozzáadandó:Hozzáadandó:

ATP

Minimum metabolizmusMinimum metabolizmus

Minimál médium – Minimál médium – E. coliE. coli


Deamino-NAD+ NAD+


NADH

H2 O H2O2 dihydroxyacetonephosphate

2 H2 O + Pi 2H+ + PRPP CO2 + PPi

oxaloacetate

L-glutamate

2- oxoglutarate NH4+ H2 O

L-glutamine

NADP+ + H2 O NADPH + H+ + NH4+

2-oxoglutarate

Pi + H+ CO2 + H2 O

Phosphoenolpyruvate

D-Glycerate2-phosphate

H2 O

3-Phospho-D-glycerate

ADP ATP


NAD+ + Pi NADH + H+

Glyceraldehyde3-phosphate

(S)-2-[5-Amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)imidazole-4-

carboxamido]succinate

ATP + 5- amino-1-(5- phospho-D- ribosyl)imidazole-4- carboxylate

ADP + Pi + H+


Deamino-NAD+ NAD+


NADH



oxaloacetate

L-glutamate


L-glutamine


2-oxoglutarate

Pi + H+ CO2 + H2 O

Phosphoenolpyruvate


H2 O


ADP ATP


NAD+ + Pi NADH + H+





ADP + Pi + H+


Deamino-NAD+ NAD+


NADH



oxaloacetate

L-glutamate


L-glutamine


2-oxoglutarate

Pi + H+ CO2 + H2 O

Phosphoenolpyruvate


H2 O


ADP ATP


NAD+ + Pi NADH + H+





ADP + Pi + H+


Deamino-NAD+ NAD+


NADH



oxaloacetate

L-glutamate


L-glutamine


2-oxoglutarate

Pi + H+ CO2 + H2 O

Phosphoenolpyruvate


H2 O


ADP ATP


NAD+ + Pi NADH + H+





ADP + Pi + H+

Minimál médium – Minimál médium – E. coliE. coli

(S)-dihydroorotate orotate

Menaquinone 8 Menaquinol 8

orotidine 5'-phosphate

prpp ppi H+ CO2

UMP

ATP ADP

UDP

ATP + glutamate +

2 H+ +Pi

ATP + glutamine +

H2O

UTP

ATP

ADP

CTP2-phospho-4-(cytidine 5'-

diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol

Pi 2-C-methyl-D-erythritol 4-

phosphate + H+

2-phospho-4-(cytidine 5'-diphospho)-2-C-methyl-D-

erythritolADP + H+ ATP

CMP2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate

H+ H2O

1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate

NADH + H+ H2O + NAD+

isopentenyl diphosphate

Farnesyldiphosphate

PPi

all-trans-octaprenyldiphosphate

PPi + H+

+ CO2

1,4-Dihydroxy-2-naphthoate

2-Demethylmenaquinone 8

S-Adenosyl-L-homocysteine

+ H+


Menaquinone 8

(S)-dihydroorotate orotate

Menaquinone 8 Menaquinol 8

orotidine 5'-phosphate

prpp ppi H+ CO2

UMP

ATP ADP

UDP

ATP + glutamate +

2 H+ +Pi

ATP + glutamine +

H2O

UTP

ATP

ADP

CTP2-phospho-4-(cytidine 5'-

diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol

Pi 2-C-methyl-D-erythritol 4-

phosphate + H+

2-phospho-4-(cytidine 5'-diphospho)-2-C-methyl-D-

erythritolADP + H+ ATP

CMP2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate

H+ H2O

1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate

NADH + H+ H2O + NAD+

isopentenyl diphosphate

Farnesyldiphosphate

PPi

all-trans-octaprenyldiphosphate

PPi + H+

+ CO2

1,4-Dihydroxy-2-naphthoate

2-Demethylmenaquinone 8

S-Adenosyl-L-homocysteine

+ H+


Menaquinone 8

Autokatalitikus molekulákAutokatalitikus molekulák

ATPATP NAD (NADP)NAD (NADP) Koenzim AKoenzim A THFTHF KinonKinon CukorCukor

ATP

CoA

NAD

Mi van ezekkel a ciklusokkal (NAD, Mi van ezekkel a ciklusokkal (NAD, CoA, THF) máshol?CoA, THF) máshol?

Escherichia coli. Escherichia coli. Mind megvan.Mind megvan. Heliobacter pylori. Heliobacter pylori. Mind megvan.Mind megvan. Staphylococcus aureus.Staphylococcus aureus. Nincs teljes NAD Nincs teljes NAD Saccharomyces cerevisiae.Saccharomyces cerevisiae. Nincs teljes Nincs teljes

NADNAD Lactococcus lactis. Lactococcus lactis. Nincs teljes NAD.Nincs teljes NAD. Emlősökben a CoA szintézis nem Emlősökben a CoA szintézis nem

autokatalitikus (autokatalitikus (ciszteinhez nem kell CoAciszteinhez nem kell CoA))

Az Élet SzikrájaAz Élet Szikrája

ATP = energia eleve kell a ATP = energia eleve kell a szervezeteknek, hogy éljenek.szervezeteknek, hogy éljenek.

az élet szikrája az anyagcsere autokatalitikus magja

Documents