1. В печени происходит окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты, меченной с14 по второму атому углерода и 15Н по аминогруппе. В каких атомах следующих метаболитов обнаружится каждая из меток: а) мочевина; б) сукцинат; в) аргинин; г) цитруллин; д) орнитин; е) аспартат?

Окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты в печени происходит с образованием α-кетоглутаровой кислоты и аммиака. Глутаматдегидрогеназа катализирует эту реакцию:

L -Глутамат + NAD(P)⁺ + H₂O → α-кетоглутарат + NAD(P)H + H⁺ + NH₃

Если глутамат помечен C14 по второму атому углерода и 15N по аминогруппе, то метки будут распределены в метаболитах следующим образом:

а) Мочевина. Мочевина образуется в цикле мочевины, где аммиак (NH3) является ключевым компонентом. Поскольку аммиак помечен 15N, эта метка будет присутствовать в мочевине.

• C-14: в углеродах мочевины (в основном в карбамоилфосфате). • N-15: в атоме азота мочевины.

Ферменты: • Глутаматдезаминаза (для окислительного дезаминирования). • Карбамоилфосфатсинтетаза (для синтеза карбамоилфосфата).

б) Сукцинат. Сукцинат образуется из α-кетоглутарата в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК). Поскольку α-кетоглутарат помечен C14 по второму атому углерода, эта метка будет присутствовать в сукцинате.

α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс катализирует окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата до сукцинил-CoA. При этом углерод в положении 1 отщепляется в виде CO2 (меченым он не был). Сукцинил-CoA превращается в сукцинат под действием сукцинил-CoA-синтетазы (сукцинат-тиокиназы). В результате этих реакций метка C14, первоначально находившаяся во 2-м атоме углерода α-кетоглутарата, перераспределяется в молекуле сукцината. В итоге, сукцинат будет мечен C14. Конкретное положение C14 в сукцинате зависит от симметрии молекулы сукцината и работы сукцинатдегидрогеназы. Сукцинатдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, что приводит к равновероятному распределению метки между двумя центральными атомами углерода.

Метки: • C-14: в углеродах сукцината. • N-15: не попадает в сукцинат.

Ферменты: • Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа.

в) Аргинин. Аргинин образуется в цикле мочевины, где аммиак (NH3NH3) используется для синтеза карбамоилфосфата, который в конечном итоге превращается в аргинин. Метка 15N будет присутствовать в аргинине.

Ф ермент: Аргиназа

Метки: Один атом азота в мочевине происходит из аммиака, а другой из аспартата.

Метки: • C-14: в углеродах аргинина. • N-15: в атоме азота аргинина.

Ферменты: • Аргининосукцинатсинтетаза (для синтеза аргинина из цитруллина)

г ) Цитруллин. Цитруллин также образуется в цикле мочевины, где используется аммиак (NH3NH3). Метка 15N будет присутствовать в цитруллине.

Метки: • C-14: в углеродах цитруллина. • N-15: не попадает в цитруллин.

д) Орнитин. Орнитин не получает метку напрямую от глутамата, поскольку он является исходным субстратом в цикле мочевины. Однако орнитин участвует в цикле, но метки C14 и 15N в нем не присутствуют.

Метки: • C-14: в углеродах орнитина. • N-15: не попадает в орнитин.

Ферменты: • Аргининосукцинатлиаза.

е) Аспартат. Аспартат может получить метку C14 через трансаминирование с α-кетоглутаратом, но это не прямой путь от меченого глутамата. Метка 15N может присутствовать в аспартате через цикл мочевины и последующее трансаминирование.

Фермент: Аспартатаминотрансфераза (АСТ). Метки: ¹⁴C (из α-кетоглутарата) переходит в аспартат

2. При декарбоксилировании какой аминокислоты образуется в-аланин? Напишите уравнение реакции. Назовите фермент

При декарбоксилировании аспартамовой кислоты (аспартата) образуется β-аланин. Уравнение реакции:

HOOC-CH₂-CH(NH₂)-COOH → H₂N-CH₂-CH₂-COOH + CO₂

HOOC-CH₂-CH(NH₂)-COOH - Аспартамовая кислота (L-аспартат) | H₂N-CH₂-CH₂-COOH - β-аланин | CO₂ - Углекислый газ

Фермент, катализирующий эту реакцию, называется аспартат-1-декарбоксилаза (EC 4.1.1.11). Иногда также встречается название аспартат декарбоксилаза. Важно отметить, что он специфически отщепляет альфа-карбоксильную группу аспартата.

3. Известно, что триптофан превращается в индолилуксусную кислоту - мощный гормон роста растений, под действием триптофандекарбоксилазы, моноаминоксидазы и НАД-зависимой дегидрогеназы в указанном порядке. Воспроизведите метаболический путь, изобразив структуры промежуточных метаболитов.

4. Напишите суммарную реакцию цикла мочевины.

Суммарная реакция цикла мочевины может быть представлена следующим образом:

CO2+2NH3+Аспартат+3ATP+2H2O→Мочевина+Фумарат+2ADP+2Pi+AMP+PPiCO2+2NH3+Аспартат+3АТФ+2H2O→Мочевина+Фумарат+2АДФ+2Pi+АМФ+ППi

Эта реакция показывает, как аммиак, углекислый газ и аспартат преобразуются в мочевину и фумарат с затратой энергии в виде АТФ

1. При составлении рациона рыбу хотели заменить горохом, поскольку содержание белка в них практически одинаково. Физиологична ли эта замена

Замена рыбы горохом в рационе, несмотря на сопоставимое содержание белка, не является физиологичной из-за существенных различий в составе и качестве белка. Белок рыбы содержит все незаменимые аминокислоты в оптимальных пропорциях, в то время как горох часто испытывает дефицит метионина и цистеина, что снижает биологическую ценность и усвояемость белка. Помимо белка, рыба богата важными нутриентами, которые практически отсутствуют в горохе, включая омега-3 жирные кислоты, необходимые для здоровья сердца, мозга и зрения, витамин D для костей и иммунитета, витамин B12 для нервной системы, а также йод для щитовидной железы. Следовательно, полная замена рыбы горохом может привести к дефициту этих важных веществ, что требует тщательного планирования рациона и включения альтернативных источников, например, пищевых добавок, для поддержания сбалансированного и полноценного питания.

2. Человек решил перейти на вегетарианскую пищу. Врач сказал, что она биологически менее ценна, чем смешанная, почему?

Вегетарианская пища, хотя и может быть здоровой и сбалансированной, считается биологически менее ценной, чем смешанная (содержащая продукты животного происхождения) из-за особенностей аминокислотного состава растительных белков. Белки животного происхождения, такие как мясо, рыба, яйца и молочные продукты, содержат все незаменимые аминокислоты в необходимых пропорциях для оптимального функционирования человеческого организма. Эти аминокислоты организм не может синтезировать самостоятельно и должен получать из пищи. Растительные же белки часто имеют дефицит одной или нескольких незаменимых аминокислот, что делает их неполноценными источниками белка. Например, зерновые культуры часто бедны лизином, а бобовые – метионином и цистеином. Кроме того, биодоступность (степень усвоения) некоторых питательных веществ, содержащихся в растительной пище, может быть ниже, чем в животной. Например, железо из растительных источников (негемовое железо) усваивается хуже, чем железо из животных источников (гемовое железо). Аналогично, витамин B12 содержится преимущественно в продуктах животного происхождения, и вегетарианцам, особенно веганам, необходимо принимать добавки с витамином B12, чтобы избежать дефицита. Таким образом, хотя вегетарианская диета может быть вполне полноценной при правильном планировании и комбинации различных растительных продуктов для обеспечения организма всеми необходимыми аминокислотами и нутриентами, она требует более внимательного подхода к составлению рациона, чем смешанная диета, что и обуславливает ее более низкую биологическую ценность с точки зрения простоты обеспечения потребностей организма.