Бактериальные «корни» биосинтеза стеролов

В «бактериальной» группе присутствует несколько доменов, связанных с метаболизмом стероидов (3-beta hydroxysteroid dehydrogenase/isomerase family – PF01073, Lecithin:cholesterol acyltransferase – PF02450, 3-oxo-5-alpha-steroid 4-dehydrogenase – PF02544 и др.). Еще Л.Маргелис (1983), одна из главных создателей симбиогенетической теории происхождения эвкариот, отмечала, что весьма важно установить происхождение ключевого фермента биосинтеза стеролов (в т.ч. холестерола) у эвкариот – сквален-монооксигеназы, которая катализирует реакцию:

сквален + О₂ + AH₂ = (S)-сквален-2,3-эпоксид + А + H₂O

Продукт этой реакции затем изомеризуется и превращается в ланостерол, из которого в дальнейшем синтезируется холестерол, все прочие стеролы, стероидные гормоны и др. Важность проблемы происхождения сквален-монооксигеназы обусловлена тем, что биосинтез стеролов – одна из главных отличительных особенностей метаболизма эвкариот, не свойственная ни бактериям, ни археям. Этот фермент содержит, согласно Pfam, единственный консервативный домен (Monooxygenase - PF01360), который присутствует во многих белках всех трех надцарств. Сравнение аминокислотной последовательности человеческой сквален-монооксигеназы (NP_003120; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=protein&val=4507197) при помощи BLAST c архейными и бактериальными белками показывает, что этот белок проявляет гораздо больше сходства с бактериальными, чем с архейными аналогами (для первых минимальное значение Е=5*10^-9, для вторых Е_min=0.28). Из бактерий наиболее сходными белками обладают актинобактерия Streptomyces argillaceus, бацилла Bacillus halodurans и гаммапротеобактерия Pseudomonas aeruginosa. Лишь после них следует цианобактерия Nostoc sp. (E=3*10^-4). Таким образом, ключевой фермент биосинтеза стеролов, по-видимому, возник у ранних эвкариот на основе бактериальных, а не архейных белков-предшественников.

Другой важнейший фермент биосинтеза стеролов – сквален-синтаза (ЕС 2.5.1.21), осуществляющая синтез предшественника стеролов – сквалена. Этот фермент относится к семейству Pfam SQS_PSY – PF00494, присутствующему во всех трех надцарствах. Человеческая сквален-синтаза (http://www.genome.jp/dbget-bin/www_bget?hsa+2222) очень похожа на гомологичные белки бактерий, в особенности – цианобактерий и протеобактерий (E_min=2*10^-16), но сходна также и со сквален-синтазой археи Halobacterium sp. (Е=2*10^-15).

Полученные результаты в принципе не противоречат гипотезе Л.Маргулис о том, что сквален имелся уже у прото-эвкариот, т.е. у ядерно-цитоплазматического компонента до приобретения митохондрий, тогда как синтез ланостерола стал возможен лишь после этого события. С другой стороны, ЯЦК должен был иметь достаточно эластичную и подвижную мембрану, чтобы приобрести митохондриального симбионта, а это едва ли возможно без синтеза стеролов, которые как раз и придают мембранам эвкариот свойства, необходимые для фагоцитоза, образования псевдоподий и т.п.