Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
N-Ацетилглутаминовая кислота (также известная как N-ацетилглутамат, сокращенно NAG, химическая формула C7H11NO5) биосинтезируется из глутамата и ацетилорнитина орнитинацетилтрансферазой, а также из глутаминовой кислоты и ацетил-КоА ферментом N-ацетилглутаматсинтазой. Обратная реакция – гидролиз ацетильной группы – катализируется специфической гидролазой. Это первый промежуточный продукт, участвующий в биосинтезе аргинина у прокариот и простых эукариот, и регулятор в процессе, известном как цикл мочевины, который превращает токсичный аммиак в мочевину для выведения из организма у позвоночных.
N Acetylglutamic acid (also referred to as ''N'' acetylglutamate, abbreviated NAG, chemical formula C7H11NO5) is biosynthesized from glutamate and acetylornithine by ornithine acetyltransferase, and from glutamic acid and acetyl CoA by the enzyme N acetylglutamate synthase. The reverse reaction, hydrolysis of the acetyl group, is catalyzed by a specific hydrolase. It is the first intermediate involved in the biosynthesis of arginine in prokaryotes and simple eukaryotes and a regulator in the process known as the urea cycle that converts toxic ammonia to urea for excretion from the body in vertebrates.
Открытие
N-ацетилглутаминовая кислота — это внеклеточный метаболит, выделенный из прокариота Rhizobium trifolii, структура которого была определена с использованием различных методов, таких как протонная ядерно-магнитная резонансная (1H ЯМР) спектроскопия, инфракрасная спектроскопия преобразования Фурье и газовая хромато-масс-спектрометрия. У ризобий внеклеточное накопление N-ацетилглутаминовой кислоты обусловлено метаболизмом, включающим гены факторов узлообразования на симбиотическом плазмиде. При мутации генов факторов узлообразования происходит снижение выработки N-ацетилглутаминовой кислоты.
N Acetylglutamic acid is an extracellular metabolite isolated from the prokaryote Rhizobium trifolii that was characterized using many structure determination techniques such as proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and gas chromatography mass spectrometry. In Rhizobium, extracellular build up of N acetylglutamic acid is due to metabolism involving nod factor genes on a symbiotic plasmid. When the nod factors are mutated, less N acetylglutamic acid is produced.
Прокарионы и простые эукарионы
У прокариот и простых эукариот N-ацетилглутамат может быть произведен N-ацетилглутаматсинтазой (NAGS) или орнитинацетилтрансферазой (OAT).
In prokaryotes and simple eukaryotes, N acetylglutamic acid can be produced by N acetylglutamate synthase (NAGS) or ornithine acetyltransferase (OAT).
Синтез орнитиноацетилтрансферазы (OAT)
ОАТ синтезирует N-ацетилглутаминовую кислоту из глутамата и ацетилорнитина и является методом выбора для производства в прокариотах, способных синтезировать орнитин.
OAT synthesizes N acetylglutamic acid from glutamate and acetylornithine and is the method of choice for production in prokaryotes that have the ability to synthesize the compound ornithine.
Синтез N-ацетилглутаматазы (NAGS)
N-ацетилглутаматсинтаза — это фермент, который обеспечивает восполнение запасов N-ацетилглутамовой кислоты, компенсируя её потери клеткой в процессе митоза или деградации. NAGS синтезирует N-ацетилглутамовую кислоту, катализируя присоединение ацетильной группы от ацетилкоэнзима А к глутамату. У прокариот с некаталитическим синтезом орнитина, NAGS является единственным способом синтеза N-ацетилглутамовой кислоты и ингибируется аргинином.
N Acetylglutamate synthase is an enzyme that serves as a replenisher of N acetylglutamic acid to supplement any N acetylglutamic acid lost by the cell through mitosis or degradation. NAGS synthesizes N acetylglutamic acid by catalyzing the addition of an acetyl group from acetyl coenzyme A to glutamate. In prokaryotes with non cyclic ornithine production, NAGS is the sole method of N acetylglutamic acid synthesis and is inhibited by arginine.
Позвоночные
В отличие от прокариотов, NAGS у млекопитающих активируется аргинином вместе с протаминами. Он ингибируется N-ацетилглутаминовой кислотой и ее аналогами (другими N-ацетилированными соединениями). NAGS запускает образование первого промежуточного продукта цикла мочевины – карбамилфосфата. CPSI неактивен при отсутствии N-ацетилглутаминовой кислоты. В печени и тонком кишечнике N-ацетилглутаминат-зависимый CPSI производит цитруллин, второй промежуточный продукт цикла мочевины. Распределение N-ацетилглутаминовой кислоты в клетках печени следующее: 56% от общего количества находится в митохондриях, 24% – в ядре и 20% – в цитозоле. Аминоацилаза I в клетках печени и почек расщепляет N-ацетилглутаминовую кислоту до глутамата и ацетата. В то же время, N-ацетилглутаминовая кислота не является аллостерическим кофактором карбамилфосфатсинтетазы, локализованной в цитоплазме и участвующей в синтезе пиримидинов. Концентрация N-ацетилглутаминовой кислоты повышается при увеличении потребления белка из-за накопления аммиака, который должен выводиться через цикл мочевины, что подтверждает роль N-ацетилглутаминовой кислоты как кофактора CPSI. Кроме того, N-ацетилглутаминовая кислота содержится во многих распространенных продуктах питания, таких как соя, кукуруза и кофе, при этом особенно высокая концентрация наблюдается в какао-порошке. Дефицит N-ацетилглутаминовой кислоты у человека – это аутосомно-рецессивное заболевание, приводящее к нарушению синтеза мочевины и, как следствие, к повышению концентрации аммиака в крови (гипераммонемии). Дефицит может быть вызван дефектами гена, кодирующего NAGS, или недостатком прекурсоров, необходимых для синтеза.
In contrast to prokaryotes, NAGS in mammals is enhanced by arginine, along with protamines. It is inhibited by N acetylglutamic acid and its analogues (other N acetylated compounds). It triggers the production of the first urea cycle intermediate, carbamyl phosphate. CPSI is inactive when N acetylglutamic acid is not present. In the liver and small intestines, N acetylglutamic acid dependent CPSI produces citrulline, the second intermediate in the urea cycle. Liver cell distribution of N acetylglutamic acid is highest in the mitochondria at 56% of total N acetylglutamic acid availability, 24% in the nucleus, and the remaining 20% in the cytosol. Aminoacylase I in liver and kidney cells degrades N acetylglutamic acid to glutamate and acetate. In contrast, N acetylglutamic acid is not the allosteric cofactor to carbamyl phosphate synthetase found in the cytoplasm, which is involved in pyrimidine synthesis. N acetylglutamic acid concentrations increase when protein consumption increases due to the accumulation of ammonia that must be secreted through the urea cycle, which supports the role of N acetylglutamic acid as the cofactor for CPSI. Furthermore, N acetylglutamic acid can be found in many commonly consumed foods such as soy, corn, and coffee, with cocoa powder containing a notably high concentration. Deficiency in N acetylglutamic acid in humans is an autosomal recessive disorder that results in blockage of urea production which ultimately increases the concentration of ammonia in the blood (hyperammonemia). Deficiency can be caused by defects in the NAGS coding gene or by deficiencies in the precursors essential for synthesis.
Корни саженцев белого клевера
Ризобиум может формировать симбиотические отношения с корнями саженцев белого клевера и образовывать колонии. Внеклеточная N-ацетилглутаминовая кислота, производимая этими бактериями, оказывает три морфологических эффекта на корни саженцев белого клевера: ветвление корневых волосков, набухание кончиков корней и увеличение числа клеточных делений в недифференцированных клетках, расположенных во внешнем слое корня. Это позволяет предположить, что N-ацетилглутаминовая кислота участвует в стимуляции митоза. Те же эффекты наблюдались на клубничном клевере, но не на бобовых. Эффекты N-ацетилглутаминовой кислоты на виды клевера были более выраженными, чем эффекты глютамина, глутамата, аргинина или аммиака.
Rhizobium can form a symbiotic relationship with white clover seedling roots and form colonies. The extracellular N acetylglutamic acid produced by these bacteria have three morphological effects on the white clover seedling roots: branching of root hairs, swelling of root tips, and increase in the number of cell divisions in undifferentiated cells found on the outer most cell layer of the root. This suggests that N acetylglutamic acid is involved in the stimulation of mitosis. The same effects were observed on the strawberry clover, but not in legumes. The effects of N acetylglutamic acid on the clover species were more potent than the effects from glutamine, glutamate, arginine, or ammonia.
13C МРТ-спектроскопия
Как и протонная ЯМР-спектроскопия, углеродная ЯМР-спектроскопия изотопа 13 (13C ЯМР) является методом, используемым для определения молекулярной структуры. 13C ЯМР выявляет типы атомов углерода, присутствующих в молекуле, на основе химических сдвигов, соответствующих определенным функциональным группам. N-ацетилглутаминовая кислота наиболее отчетливо проявляет карбонильные атомы углерода благодаря наличию трех карбонильных заместителей.
Like proton NMR, carbon 13 (13C) NMR spectroscopy is a method used in molecular structure determination. 13C NMR reveals the types of carbons present in a molecule based on chemical shifts that correspond to certain functional groups. N Acetylglutamic acid exhibits carbonyl carbons most distinctly due to the three carbonyl containing substituents.