Date of Award

6-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Dr. Mohammad Alam

Abstract

Metabolism is an essential cellular process that produces essential components such as energy molecules and cellular building blocks. It is regulated by intracellular metabolite-enzyme interactions, which can increase or decrease enzyme efficiency. Each metabolic process is not evolved in nature and may not contribute to the optimal efficiency of the organism's metabolism. However, this study aims to clarify the relationship between cellular positive regulatory interactions and the cell's metabolic network, especially how these relationships regulate metabolism and how it evolved in nature. To obtain that, for each enzyme, the activation molecules from the BRENDA database were downloaded, mapped data to the existing metabolic network, and combined activator molecules to form an intracellular enzymes-activator interactions network.
The findings of this study were that one-third of total enzymes were intracellularly activated, covering two-thirds of total pathways. After the analysis, the constructed metabolic network of enzymes and activator metabolites was obtained. Therefore, the findings out were enzymes which are highly regulated were significantly non-essential. On the other hand, the opposite relation with the activator molecules, where those activating more enzymes tend to be more essential. Furthermore, the distribution of these activated enzymes in pathways was studied to see which pathways tend to connect with activation to other pathways. It is possible that some enzymes in particular pathways will lose the products they make; those products will be activators, so several pathways activating other metabolic pathways were examined and found.

Arabic Abstract


فهم التفاعلات التنظيمية الإيجابية داخل الخلايا في الشبكة الأيضية

التمثيل الغذائي (metabolism) هو عملية خلوية أساسية تنتج مكونات أساسية مثل جزيئات الطاقة ولبنات البناء الخلوية. يتم تنظيمه عن طريق تفاعلات إنزيم المستقلب (metabolite-enzyme interactions) داخل الخلايا، والتي يمكن أن تزيد أو تقلل من كفاءة الإنزيم. لا تتطور كل عملية أيض في الطبيعة وقد لا تساهم في الكفاءة المثلى لعملية التمثيل الغذائي للكائن الحي. ومع ذلك، تهدف هذه الدراسة إلى توضيح العلاقة بين التفاعلات التنظيمية الإيجابية الخلوية وشبكة التمثيل الغذائي للخلية (metabolic network)، خاصة كيف تنظم هذه العلاقات التمثيل الغذائي وكيف تطورت في الطبيعة. للحصول على ذلك، لكل إنزيم، قمت بتنزيل جزيئات () التنشيط (activation) من قاعدة بيانات (BRENDA)، ورسمت البيانات إلى شبكة التمثيل الغذائي الموجودة ، وجزيئات المنشط المدمجة لتشكيل شبكة تفاعلات الإنزيمات داخل الخلايا.
كانت نتائج هذه الدراسة أن ثلث إجمالي الإنزيمات (enzymes) تم تنشيطها داخل الخلايا (intracellular)، وتغطي ثلثي إجمالي المسارات (pathways). بعد التحليل، تم الحصول على شبكة التمثيل الغذائي الإنزيمات ومستقلبات المنشط. ووجدنا أن الإنزيمات عالية التنظيم كانت غير ضرورية (non-essential) بشكل ملحوظ. من ناحية أخري، له علاقة معاكسة مع جزيئات المنشط، حيث يميل أولئك الذين ينشطون المزيد من الإنزيمات إلى أن يكونوا أكثر أهمية (essential). علاوة على ذلك، تم دراسة توزيع هذه الانزيمات المنشطة في المسارات لمعرفة المسارات التي تميل إلى الارتباط بالتفعيل بممرات أخرى. من الممكن أن تفقد بعض الإنزيمات في مسارات معينة المنتجات (products) التي تصنعها؛ ستكون هذه المنتجات منشطات، لذلك تم فحص وإيجاد العديد من المسارات التي تنشط مسارات التمثيل الغذائي الأخرى.

Download
COinS