Решение задачи 2: Включение 15N-аспартама в ДНК и РНК

Решение задачи 2: Для начала вспомним, какие пуриновые и пиримидиновые основания входят в состав ДНК и РНК. В состав ДНК входят: * Пуриновые основания: Аденин (А), Гуанин (Г) * Пиримидиновые основания: Цитозин (Ц), Тимин (Т) В состав РНК входят: * Пуриновые основания: Аденин (А), Гуанин (Г) * Пиримидиновые основания: Цитозин (Ц), Урацил (У) Теперь рассмотрим, как 15N-аспартам может быть включен в состав этих оснований. Аспартам — это дипептид, состоящий из аспарагиновой кислоты и фенилаланина. Нас интересует аспарагиновая кислота, так как она является источником азота. Аспарагиновая кислота (аспартат) является важным предшественником в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. 1. В биосинтезе пуринов: Аспарагиновая кислота предоставляет атом азота для образования амидной группы в положении 1 пуринового кольца. 2. В биосинтезе пиримидинов: Аспарагиновая кислота является источником атомов углерода и азота для образования пиримидинового кольца. В частности, атом азота из аминогруппы аспарагиновой кислоты включается в положение 1 пиримидинового кольца, а атом азота из амидной группы глутамина (который может быть получен из аспарагиновой кислоты через трансаминирование) включается в положение 3. Таким образом, метка 15N будет обнаружена в следующих положениях:

Пуриновые основания (Аденин и Гуанин):

В пуриновых основаниях метка 15N будет находиться в положении 1.

Аденин:

Структура аденина с указанием меченого атома азота:

\[ \begin{array}{c} \text{N} \\ \text{||} \\ \text{C} - \text{N} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{C} = \text{C} \\ \text{||} \quad \text{||} \\ \text{N} - \text{C} - \text{N} \\ \text{|} \quad \text{||} \\ \text{H} \quad \text{C} \\ \quad \quad \text{||} \\ \quad \quad \text{N} \\ \quad \quad \text{|} \\ \quad \quad \text{H} \end{array} \]

Здесь атом азота в положении 1 (верхний левый угол шестичленного кольца) будет содержать метку 15N.

Гуанин:

Структура гуанина с указанием меченого атома азота:

\[ \begin{array}{c} \text{O} \\ \text{||} \\ \text{C} - \text{N} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{C} = \text{C} \\ \text{||} \quad \text{||} \\ \text{N} - \text{C} - \text{N} \\ \text{|} \quad \text{||} \\ \text{H} \quad \text{C} \\ \quad \quad \text{||} \\ \quad \quad \text{N} \\ \quad \quad \text{|} \\ \quad \quad \text{H} \end{array} \]

Здесь атом азота в положении 1 (верхний левый угол шестичленного кольца) будет содержать метку 15N.

Пиримидиновые основания (Цитозин, Тимин, Урацил):

В пиримидиновых основаниях метка 15N будет находиться в положениях 1 и 3.

Цитозин:

Структура цитозина с указанием меченых атомов азота:

\[ \begin{array}{c} \text{N} \\ \text{||} \\ \text{C} - \text{N} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{C} = \text{C} \\ \text{||} \quad \text{||} \\ \text{N} - \text{C} \\ \text{|} \quad \text{||} \\ \text{H} \quad \text{O} \end{array} \]

Здесь атомы азота в положениях 1 и 3 (верхний и нижний атомы азота в кольце) будут содержать метку 15N.

Тимин:

Структура тимина с указанием меченых атомов азота:

\[ \begin{array}{c} \text{O} \\ \text{||} \\ \text{C} - \text{N} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{C} = \text{C} \\ \text{||} \quad \text{||} \\ \text{N} - \text{C} \\ \text{|} \quad \text{||} \\ \text{H} \quad \text{O} \end{array} \]

Здесь атомы азота в положениях 1 и 3 (верхний и нижний атомы азота в кольце) будут содержать метку 15N.

Урацил:

Структура урацила с указанием меченых атомов азота:

\[ \begin{array}{c} \text{O} \\ \text{||} \\ \text{C} - \text{N} \\ \text{/} \quad \text{\\} \\ \text{C} = \text{C} \\ \text{||} \quad \text{||} \\ \text{N} - \text{C} \\ \text{|} \quad \text{||} \\ \text{H} \quad \text{O} \end{array} \]

Здесь атомы азота в положениях 1 и 3 (верхний и нижний атомы азота в кольце) будут содержать метку 15N.

Вывод:

После внутривенного введения 15N-аспартама, радиоактивная метка будет обнаружена в следующих положениях нуклеиновых оснований:

• В пуриновых основаниях (Аденин и Гуанин) — в положении 1.
• В пиримидиновых основаниях (Цитозин, Тимин, Урацил) — в положениях 1 и 3.