az élet szikrája az anyagcsere autokatalitikus magja
DESCRIPTION
Az élet szikrája az anyagcsere autokatalitikus magja. Kun Ádám Növényrendszertani és Ökológia Tsz. Az Élet Szikrája. Mitől több – ha több - az élő sejt egy zsák enzimnél és némi DNS-nél? Mitől lesz élő egy sejt?. Egy zsák enzim és DNS. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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!
Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis
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
Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis
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!
Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis
Reakciók teljessé tétele.Reakciók teljessé tétele.– HH++ konzekvensen hi konzekvensen hiányzottányzott
Transzport reakciókTranszport reakciók– Teljesen hiányoztakTeljesen hiányoztak– Irodalom / más adatbázis alapjánIrodalom / más adatbázis alapján
Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis
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
Rekonstrukció - Rekonstrukció - SynechocystisSynechocystis
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: 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
Heliobacter pyloriHeliobacter pylori
Reakció szám: 477Reakció szám: 477 Metabolitok száma: 495Metabolitok száma: 495 Megtermelhető metabolitok: 441Megtermelhető metabolitok: 441 Külső molekulák: 74Külső molekulák: 74 Makromolekulák: 6Makromolekulák: 6 Külsők scope-ja: 181Külsők scope-ja: 181 Hozzáadandó:Hozzáadandó:
ATP
Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus
Reakció szám: 645Reakció szám: 645 Metabolitok száma: 645Metabolitok száma: 645 Megtermelhető metabolitok: 543Megtermelhető metabolitok: 543 Külső molekulák: 83Külső molekulák: 83 Makromolekulák: 14Makromolekulák: 14 Külsők scope-ja: 194Külsők scope-ja: 194 Hozzáadandó:Hozzáadandó:
ATP
Lactococcus lactisLactococcus lactis
Reakció szám: 729Reakció szám: 729 Metabolitok száma: 497Metabolitok száma: 497 Megtermelhető metabolitok: 568Megtermelhető metabolitok: 568 Külső molekulák: 94Külső molekulák: 94 Makromolekulák: 1Makromolekulák: 1 Külsők scope-ja: 19Külsők scope-ja: 1900 Hozzáadandó:Hozzáadandó:
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 1-phosphate
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-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 1-phosphate
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+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
NADH
NAD+ NADH + 2H+ Dihydroxyacetonephosphate
2 H2O + Pi 2H+ + PRPP CO2 + PPi
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
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
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
5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole-4-
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
5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole-4-
carboxylate
5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)-imidazole-4-
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
D-xylulose 5-phosphate
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
D-xylulose 5-phosphate
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
Autokatalitikus Autokatalitikus NADNAD szint szintézisézis
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
NADH
H2O H2O2 dihydroxyacetonephosphate
2 H2O + Pi 2H+ + PRPP CO2 + PPi
oxaloacetate
L-glutamate
2-oxoglutarate
D-glutamate
NH4+ H2O
L-glutamine
NADP+ + H2O NADPH + H+ + NH4+
2-oxoglutarate
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
NADH
H2O H2O2 dihydroxyacetonephosphate
2 H2O + Pi 2H+ + PRPP CO2 + PPi
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
AMP + PPi + H+ -alanine + ATP
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
AMP + PPi + H+ -alanine + ATP
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
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
Minimál médium – Minimál médium – E. coliE. coli
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
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
3-Phospho-D-glyceroyl phosphate
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+
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
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
3-Phospho-D-glyceroyl phosphate
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+
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
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
3-Phospho-D-glyceroyl phosphate
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+
L-aspartate iminoaspartate quinolinateNicotinate D-ribonucleotide
Deamino-NAD+ NAD+
ATP + NH4+ AMP + H+ + PPiATP + H+ PPi
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
3-Phospho-D-glyceroyl phosphate
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+
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+
S-Adenosyl-L-methionine
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+
S-Adenosyl-L-methionine
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))