1. Работа с KEGG PATHWAY

Общие сведения о метаболическом пути D-глутамина и D-глутамата

Все аминокислоты, в том числе глутамин и глутамат (рис. 1), входящие в состав молекул белков, являются L-стереоизомерами. В живой природе встречаются также и некоторые D-аминокислоты, но они никогда не входят в состав белков [1].

Примечательно, что неразличимые по своим обычным физическим и химическим свойствам энантиомеры зачастую резко отличаются друг от друга по физиологическому действию [2].

В данном биохимическом пути рассматриваются D-энантиомеры соответствующих аминокислот.

Рисунок 1. Структурная формула аминокислот. A - глутамина, B - глутамата. Изображение взято с сайта pubchem.

D-глутамин - это незаменимая аминокислота, которая в больших количествах присутствует в организме. Она является основным переносчиком азота в организме.

D-глутаминовая кислота не продуцируется эндогенно у высших млекопитающих и встречается в в клеточных стенках некоторых бактерий. Также D-глутамат является наиболее сильным природным ингибитором синтеза глутатиона, что может объяснить его локализацию в печени, поскольку D-глутамат может изменять окислительно- восстановительную стабильность [3].

Согласно карте (рис. 2) D-энантиомеры глутамина и глутамата, которые являются начальными веществами в данной карте, превращаются в L-глутамат, который в последствии участвует в цианоаминокислотном метаболизме и метаболизме глутамата. Также метаболический путь D-глутамина и D-глутамата связан с синтезом пептидогликанов и циклом Кребса.

Рисунок 2. Карта метаболического пути D-глутамина и D-глутамата, полученная при помощи базы данных KEGG PATHWAY. (идентификатор: map00471). Розовым показаны другие пути, с которым связан путь D-глутамина и D-глутамата, синим - фермент 1.4.1.3 (glutamate dehydrogenase [NAD(P)+]), катализирующий реакцию дезаминирования L-глутамата. Фиолетовым подчёркнуты вещества, через которые осуществляется эта связь, синим - конечные вещества, которые ведут к другим биохимическим путям. Описание остальных условных обозначений можно найти здесь.

Метаболический путь D-глутамина и D-глутамата в разных доменах жизни

Из списка организмов, доступных для рассмотрения в БД KEGG, было выбрано три организма: Homo sapiens, Staphylococcus aureus MS4 и Methanobacterium paludis. Таксономия представлена в табл. 1.

**Таблица 1.** Систематическое положение выбранных организмов согласно таксономии NCBI.
Вид	Homo sapiens	Staphylococcus aureus MS4	Methanobacterium paludis
Вид	Человек разумный	Золотистый стафилококк	Нет названия на русском
Домен	Эукариоты	Бактерии	Археи
Тип	Chordata	Firmicutes	Euryarchaeota
Класс	Mammalia	Bacilli	Methanobacteria

Ферменты, относимые к данному пути и присутствующие у каждого из выбранных организмов, отстутствуют. Тем не менее у представителя архей и представителя бактерий присутствуют общие ферменты - EC 6.3.2.8 (UDP-N-acetylmuramate---L-alanine ligase) и EC 6.3.2.9 (UDP-N-acetylmuramoyl-L-alanine ---D-glutamate ligase), являющиеся лигазами, которые катализируют образование C-N связи.

В каждом пути присутствуют короткие цепи последовательных реакций - максимум две реакции, которые не ведут от начальных для данного пути веществ к конечным, но есть цепочки превращений, ведущие в другие пути.

Так, Staphylococcus aureus MS4 и Methanobacterium paludis частично могут осуществлять данный путь, а именно тот, что ведёт к синтезу пептидогликанов (этот путь у человека полностью отсутствует, что можно объяснить тем, что у клеток человека отсутствует клеточная стенка, в состав которой входят пептидогликаны). В свою очередь, у человека есть ферменты, осуществляющие превращение D-глутамина в D-глутамат и L-глутамина в L-глутамат, но нет возможности превратить L-энантиомер в D - для глутамина и глутамата. Поэтому из начальных веществ (D-глутамин и D-глутамат) человек может получить только один конечный продукт - 5-Оксо-D-пролин.

Таким образом, выбранные организмы способны осуществлять данный путь лишь частично.

Рисунок 3. Карта метаболического пути D-глутамина и D-глутамата для Homo sapiens, полученная при помощи базы данных KEGG PATHWAY.

Рисунок 4. Карта метаболического пути D-глутамина и D-глутамата для Staphylococcus aureus MS4, полученная при помощи базы данных KEGG PATHWAY.

Рисунок 5. Карта метаболического пути D-глутамина и D-глутамата для Methanobacterium paludis, полученная при помощи базы данных KEGG PATHWAY.

2. Работа с KEGG REACTION

Реакция дезаминирования L-глутамата в базе данных KEGG

Для метаболического пути D-глутамина и D-глутамата выбрана реакция, в которой принимает участие один из кофакторов окислительно-восстановительных реакций - никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Идентификатор данной реакции: R00243. Данная реакция, а именно фермент, катализирующий реакцию, выделен синим цветом на рис. 2.

Рисунок 6. Реакция дезаминирования L-глутамата, катализируемая ферментом 1.4.1.3 (glutamate dehydrogenase [NAD(P)+]) в базе данных KEGG, полученная при помощи KEGG REACTION. Идентификатор: R00243.

Схема реакции:

L-Glutamate + NAD+ + H2O <=> 2-Oxoglutarate + Ammonia + NADH + H+

C00025 + C00003 + C00001 <=> C00026 + C00014 + C00004 + C00080

3. Дополнительные задания

Выбранный мной путь для первого задания отсутствует, поэтому был выбран путь HIV.

мб потом сделаю и допишу этот пункт...

4. Список литературы:

Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. Т. 1. Пер. с англ.-М.: Мир, 1985.-367 с.
Потапов В.М. Стереохимия; Учеб. пособие для вузов.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Химия, 1988. —464 с.: ил.
Raj, D., Langford, M., Krueger, S., Shelton, M. & Welbourne, T. Regulatory responses to an oral d - glutamate load: formation of d -pyrrolidone carboxylic acid in humans. Am. J. Physiol. Metab. 280, E214–E220 (2001).