E se usássemos menos aminoácidos essenciais em nossas proteínas?

É certo que alguns aminoácidos são requeridos na dieta humana

• Apesar de bastante claro nos livros de bioquímica, dados experimentais não são muitos

• Todavia:

I F K V W L T M = EAARN Y D S E H G A P Q C = NEAA

É certo que aminoácidos podem ser trocados sem nenhum efeito na função da proteína

• Substituições conservativas dentro de domínios • Substituições quase livres em largos trechos de

estrutura estendida

• Então:– Que tal trocar alguns EAA por NEAA tanto quanto possível

em organismos que requerem EAA na dieta?– Logo, poderíamos um dia vir a usar mais NEAA que

leveduras e plantas– Ou não... ...Vamos testar?

Database Organism # proteins # aa

KOG

hsa 26,324 12,112,669

dme 10,517 5,520,517

cel 17,101 7,798,531

ath 24,154 10,547,967

sce 4,841 2,535,856

spo 4,233 2,014,184

Total KOG 87,170 40,529,724

REFSEQ

hsa 27,978 13,993,476

dme 18,759 10,563,712

cel 21,136 9,221,006

ath 29,157 12,120,468

sce 5,868 2,913,021

spo 5,010 2,269,364

Total RefSeq 107,908 51,081,047

Exemplos do número de proteínas e AA disponíveis

A set of amino acids found to occur more frequently in human and fly than in plant and yeast proteomes consists of non-essential amino acids

Francisco Prosdocimi, Maurício A. Mudado and J. Miguel Ortega

Computers in Biology and Medicine, 2006

)__()___(

__

RofNumberaaofnumberTotal

EAAofNumberEI

The first analysis performed was simply the calculation of EAA percentage in the proteome

• A porcentagem de EAA foi determinada para cada proteína RefSeq, ou para cada cluster KOG, UniRef50 ou KEGG

• A média da porcentagem de EAA das várias entradas foi calculada

• O desvio padrão foi alto: 5-7%, todavia o erro padrão é baixo

• Hsa e Dme apresentam menor conteúdo de EAA

hsa dme cel ath sce spo

hsa higher -

53.27% 35.31% 45.28% 34.00% 39.54%

dme higher 2000 (4280)

- 31.88% 44.98% 32.69% 38.44%

cel higher 2689 (4157)

2724 (3999)

- 60.76% 46.18% 53.34%

ath higher 1670 (3052)

1568 (2850)

1087 (2770)

- 36.89% 42.83%

sce higher 1613 (2444)

1538 (2285)

1213 (2254)

1466 (2323)

- 58.51%

spo higher 1535 (2539)

1456 (2365)

1084 (2323)

1372 (2400)

1033 (2490)

-

Percentage of KOGs with a higher EI (voting)

KOG database presented the highest number of shared clusters (42,531 tuples); UniRef and KEGG clusters yielded 4,989 and 11,623 tuples, respectively.

KOG DIFF* DescriptionKOG4752 38% (J) Ribosomal protein L41

KOG0002 24% (J) 60s ribosomal protein L39

KOG3491 19% (S) Predicted membrane protein

KOG3445 17% (J) Mitochondrial/chloroplast ribosomal protein 36a

KOG3500 15% (C) Vacuolar H+-ATPase V0 sector, subunit M9.7 (M9.2)

KOG1793 14% (S) Uncharacterized conserved protein

KOG4293 14% (T) Predicted membrane protein, contains DoH and Cytochrome b-561/ferric reductase transmembrane domains

KOG3423 14% (K) Transcription initiation factor TFIID, subunit TAF10 (also component of histone acetyltransferase SAGA)

KOG2346 13% (S) Uncharacterized conserved protein

Hsa-Ath most different KOGs in essentiality index (EI)

KOG Description

KOG1721 FOG: Zn-finger

KOG0613 Projectin/twitchin and related proteins

KOG3594* FOG: Cadherin repeats

KOG3656* FOG: 7 transmembrane receptor

KOG3544* Collagens (type IV and type XIII), and related proteins

KOG2177 Predicted E3 ubiquitin ligase

KOG0619 FOG: Leucine rich repeat

KOG0516* Dystonin, GAS (Growth-arrest-specific protein), and related proteins

KOG3595* Dyneins, heavy chain

KOG1217* Fibrillins and related proteins containing Ca2+-binding EGF-like domains

* ausentes em Ath

Hsa KOGs with highest essentiality index (EI)

NMO

MOAA UsageAA

UsageAAPR

_%

_%log2

A preference ratio (PR) was defined as the percentage of each amino acid in MO divided by

its percentage in NMO, normalized by log2

E se queimássemos o Lehninger?

• A porcentagem de uso de cada AA nas bases RefSeq e KEGG foi determinada para cada organismo

• Metazoários foram comparados com não metazoários par a par

• O log na base 2 da razão das porcentagens foi calculado

• Os resultados foram clusterizados

• Um grupo aminoácidos foi selecionado (SAA): R, H, G, A, P, Q e C

• Comparações par a par entre homem/planta ou homem/levedura apresentam um viés de enriquecimento de NEAA (símbolos cheios) dentre os AA mais freqüentes no organismo metazoário

• Comparações par a par entre homem/outra levedura e mosca/levedura também apresentam um viés de enriquecimento de NEAA (símbolos cheios) dentre os AA mais freqüentes no organismo metazoário

• Comparações par a par envolvendo o verme naum apresentam o mesmo viés de utilização diferenciada de AA, nem o viés de NEAA dentre os pouco mais freqüentes

)___(

__

aaofnumberTotal

SAAofNumberSI

We evaluated the percentage of the proteomes that consisted of these selected amino acids (SAA)

• O viés de uso de SAA por Hsa e Dme é ainda maior (cerca de 5% em comparação a cerca de 2%) e o verme não apresenta esse efeito

hsa dme cel ath sce spo

hsa higher - 56.10% 75.90% 74.30% 91.00% 84.52%

dme higher 1879 - 72.12% 70.78% 89.37% 80.90%

cel higher 1001 1116 - 49.26% 81.75% 68.55%

ath higher 785 834 1406 - 82.31% 67.97%

sce higher 220 243 412 411 - 26.67%

spo higher 393 452 731 768 1823 -

Percentage of KOGs with higher selected index (SI)

• Um grupo de aminoácidos (SAA) é mais freqüente no homem e na mosca, favorecendo a hipótese Coelomata em detrimento de Ecdysozoa

• A separação entre Protostomia e Deuterostomia é precoce nos celomados

Resumo

We compared the amino acid composition in human, worm and fly proteomes, organisms that cannot

synthesize all amino acids, with the amino acids of the proteomes of plant, bakers yeast and budding yeast,

which are capable of synthesizing them. The analysis covered 212,197,907 amino acids.

Hipótese Coelomata

Hipótese Ecdysozoa

Hernán Dopazo and Joaquín Dopazo, 2005

nematóides

artrópodos

cordados

Hipótese Coelomatae ramificação entre

protostomia e deuterostomia

Hipótese Ecdysozoaorigem monofilética para

artrópode e nematóide

18S rRNA Adoutte A, Balavoine G, Lartillot N, de Rosa R, 1999.

Conclusão

The data suggest a bias towards the usage of non-essential amino acids (mostly the set GAPQC) by

metazoan organisms, except for the worm, a Pseudocoelomata. Our results support the hypothesis that non-essential amino acids have been substituting

essential ones in the Coelomata clade.