لقد استخدم نهج المعلوماتية الحيوية لتحديد وإعادة بناء المسارات الأيضية المرتبطة باستقلاب الأحماض الأمينية في الميتوكوندريا البشرية، وتم وضع بروتينات الميتوكوندريا البشرية التي تحددها الأساليب التجريبية والحسابية على المسارات المرجعية من قاعدة بيانات (KEGG) لتحديد مسارات الميتوكوندريا، وتم تحديد الإنزيمات عند نقاط الدخول والخروج لكل مسار أعيد بناؤه، وتم تحديد البروتينات الحاملة المذابة للميتوكوندريا حيثما أمكن ذلك.
الأحماض الأمينية في المسارات الأيضية
النباتات وبعض البكتيريا قادرة على تصنيع جميع الأحماض الأمينية العشرين اللازمة لتكوين البروتينات والجزيئات الحيوية الأخرى؛ ومع ذلك، ليس هذا هو الحال في الثدييات بما في ذلك الإنسان، ويمكن للإنسان أن يصنع فقط 11 من الأحماض الأمينية المعروفة باسم “الأحماض الأمينية غير الأساسية”، بينما يجب أن تؤخذ الأحماض الأمينية التسعة الأخرى (الأحماض الأمينية الأساسية) في شكل طعام، ومن ثم، فإن الأحماض الأمينية الأساسية لها مسارات تقويضية فقط في حين أن الأحماض غير الأساسية لها مسارات ابتنائية وتقويضية.
تحتوي جميع الأحماض الأمينية العشرين باستثناء الهيستيدين والألانين والسيستين على مسارات استقلابية مرتبطة بالميتوكوندريا، ومع ذلك يتم تحويل هذه الأحماض الأمينية الثلاثة في النهاية إلى بيروفات في العصارة الخلوية، والتي تدخل في الميتوكوندريا للاستهلاك بواسطة دورة حمض الكربوكسيليك (TCA)، وأقل، تقدم المسارات الأيضية المعاد بناؤها وخرائط المسارات لتلك الأحماض الأمينية المرتبطة بالميتوكوندريا.
طرق إعادة بناء المسار الأيضي
تم استخدام عدد من الطرق لإعادة بناء المسار من خلال دمج مجموعة من البيانات المحددة بواسطة الوسائل التجريبية والحسابية، وتم تطوير معظم هذه الطرق لفهم شبكات التمثيل الغذائي في أنظمة بدائية النواة، ومع ذلك فقد تم الإبلاغ عن إعادة البناء والتوصيف الوظيفي لإنتاج ATP وتخليق الهيم والتوليف الفوسفوليبيد المختلط في الميتوكوندريا البشرية.
وتُعرف الميتوكوندريا في المقام الأول باسم مراكز الطاقة، بينما تلعب أيضًا أدوارًا حيوية في عملية التمثيل الغذائي للعديد من الجزيئات البيولوجية الأخرى بما في ذلك الأحماض الأمينية، وتمت دراسة استقلاب الأحماض الأمينية جيدًا في سياق التمثيل الغذائي الخلوي.
ولكن لم يتم الإبلاغ من قبل عن مسارات محددة توضح توطينها تحت الخلوي لعضيات الميتوكوندريا، ومن بين 20 من الأحماض الأمينية، تستخدم مسارات التمثيل الغذائي لـ 17 من الأحماض الأمينية إنزيمات الميتوكوندريا، ويعد الخلل الوظيفي لهذه الإنزيمات هو العامل المسبب لأكثر من 40 مرضًا أو اضطرابًا معروفًا في الميتوكوندريا في الإنسان.
ويمكننا القول بأنه أصبحت إعادة بناء الخرائط الأيضية للكائنات الحية المتسلسلة بالكامل مهمة ذات أهمية كبيرة لمساعدة علماء الأحياء على تحديد وتحليل خرائط الكائنات الحية المتسلسلة حديثًا والمسارات المكتشفة حديثًا، وهناك التوطين الخلوي للمسارات الأيضية، وهو جزء مهم من تحليل المسار نظرًا لتوزيع العديد من المسارات البيولوجية عبر أكثر من موقع دون خلوي واحد، ودراسات من هذا النوع تحمل قيمة محتملة لمجالات البحوث الطبية الحيوية مثل استهداف الأدوية، وإعادة بناء مسارات المرض، وفهم شبكات تفاعل البروتين، والتعليق التوضيحي للمسارات الجديدة أو البديلة.
