ВсОШ 2025, 9–11 классы, №ХиЖ-2

Решение

. Наиболее оптимальным подходом к решению данного пункта задачи будет являться ретросинтетический анализ. На последней стадии происходит окисление с помощью , поэтому можно предположить, что именно здесь образуется двойная связь церамида, тогда соединение – N-ацилсфинганин.

На предпоследней происходит ацилирование. Исходя из структуры конечного соединения, которое представляет собой амид, можно установить, что ацилирование происходит по аминогруппе. Значит в соединении есть свободная аминогруппа, тогда – сфинганин. атом углерода, вероятнее всего, соответствует карбонильной группе пальмитоил-кофермента А, а атомы углерода и входили в состав . Учитывая, что на первой стадии происходит еще и декарбоксилирование, можно предположить, что исходная аминокислота является трехуглеродной и содержит гидроксильную группу (т.к. она присутствует в соединении у первого атома углерода). Таким образом, – серин. На первой стадии происходит его конденсация с пальмитоил-коферментом А с выделением и свободного кофермента А, соответственно. На стадии получения происходит двухэлектронное восстановление с помощью одного эквивалента NADPH. Значит наиболее вероятно произошло восстановление карбонильной группы до спиртовой. Если в соединении присутствует альдегидная группа, и восстановление происходило именно по ней, то не очень понятно, откуда она могла появиться в реакции конденсации серина и пальмитоил-кофермента А. Значит в соединении есть кето-группа в положении, тогда – β-кетосфинганин (теряется один хиральный центр).

. На первой стадии происходит изомеризация глюкозо-6-фосфата. Для определения продукта этой изомеризации посмотрим на дальнейшие реакции в цепочке: аминирование с использованием глутамина в качестве донора азота, изомеризация с образованием глюкозамин-6-фосфата (его структура приведена в условии). Тогда, вероятнее всего, изомеризация глюкозо-6-фосфата произошла с помощью фермента глюкозофосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат через образование ендиола (аналогично второй стадии гликолиза). В следующем превращении глутамин, подвергается гидролизу амидного фрагмента с образованием свободного аммиака. Известно, что – интермедиат реакции образования глюкозамина-6-фосфата, не содержащий карбонильных групп, значит выделяющийся аммиак образует основание Шиффа с линейной формой фруктозо-6-фосфата . А на следующей стадии иминный интермедиат изомеризуется в енамин, а далее в продукт – глюкозамин-6-фосфат (открытая структура). На следующей стадии происходит ацилирование аминогруппы с помощью ацетилкофермента А с образованием N-ацетилглюкозоамин-6- фосфата . Такой вывод можно сделать исходя из открытой структуры.

Следующая стадия происходит без изменения молекулярного состава. Можно заметить, что превращение в намекает на присоединение . Оно используется для активации углеводов по аномерному гидроксилу и получения UDP-углеводов (также это можно заметить в легенде задачи, где даны формулы UDP-глюкозы и UDP-галактозы), значит на стадии получения фосфат переносится на с образованием N-ацетилглюкозоамин-1-фосфата . Эта реакция катализируется фосфоглюкомутазой (мутазы – класс изомераз, переносящих функциональные группы в пределах одного соединения). Далее к соединению присоединяется UMP-фрагмент и образуется UDP-N- ацетилглюкозамин . При образовании вещества происходит гидролиз , а также известно, что продукт мягкого кислотного гидролиза соединения является эпимером . При таком гидролизе разрушится связь с остатком фосфорной кислоты. В открытой структуре далее можно визуально выделить нижний фрагмент из атомов углерода, образовавшийся из N-ацетилглюкозамина, но в отличие от N-ацетилглюкозамина конфигурация в нем другая. Таким образом, является эпимером именно по атому углерода, то есть – N-ацетилманнозамин. На самом деле в этой реакции сначала происходит отщепление , а затем – присоединение воды по двойной связи с изменением конфигурации . Реакция катализируется UDP-N- ацетилглюкозамин-2-эпимеразой (эпимеразы изменяют конфигурацию хирального центра). Для стадии получения известно, что реакция фосфорилирования проходит по наиболее стерически доступному атому, то есть по , а значит образуется N-ацетилманнозоамин-6-фосфат.

Следующая стадия – альдольная конденсация с фосфоенолпируватом . Образуется девятиуглеродный скелет с конфигурацией (открытая структура). В следующей реакции гидролизуется эфир фосфорной кислоты, и образуется N-ацетилнейраминовая кислота – одна из наиболее известных сиаловых кислот. Соединение представляет пиранозную циклическую форму N-ацетилнейраминовой кислоты (согласно подсказке в есть цикл), которая получается после нуклеофильной атаки гидроксильной группы у атома по кето-группе в положении . Образование лактона в данном случае произойти не может, поскольку в реакции не происходит отщепление воды. Фуранозная форма также не получается, в виду того, что для этого необходима нуклеофильная атака N-ацетила, что является крайне затруднительной реакцией. В соединениях и карбоксильная и аминоацильная группы расположены по одну сторону от цикла, то есть образуется α-аномер. На стадии получения происходит активация аномерного центра с помощью и образуется CMP-N-ацетилнейраминовая кислота.

Рассмотрим цепочку получения . Первые две стадии описывают реакции присоединения моносахаридов к церамиду (гликозилирование). На данном этапе крайне важно правильно изобразить гликозидные связи (конфигурации и положения). Обе гликозидные связи формируются обязательно при участии аномерных центров углеводов, так как именно они активированы с помощью . Первая гликозидная связь с остатком глюкозы образуется через первичную гидроксильную группу церамида, как наиболее стерически доступную. На следующей стадии происходит присоединение UDP-галактозы к одной из гидроксильных групп глюкозы. Согласно условию, гидролиз , предварительно обработанного йодистым метилом, приводит к образованию 2,3,6-триметилглюкозы и 2,4,6-триметилгалактозы. Йодистый метил метилирует все доступные OH-группы, то есть после гидролиза гидроксильные группы, которые участвовали в образовании гликозидных связей, не будут содержать метильных заместителей. Если получилась 2,3,6-триметилглюкоза, то связь с галактозой была через гидроксильную группу при . По условию также известно, что в соединении присутствуют только β-аномерные центры. Значит глюкоза и галактоза – β-аномеры. Последняя стадия: присоединение активированного остатка сиаловой кислоты. Так как при гидролизе образуется 2,4,6-триметилгалактоза, значит сиаловая кислота присоединяется через гидроксильную группу при .

. Квантовый выход для FRET может быть описан с позиции кинетики распада активированной молекулы донора как отношение скорости FRET к скорости распада . Учитывая то, что все реакции носят элементарный характер, а их порядок равен , то аналогичное соотношение будет справедливо для констант скоростей соответствующих реакций:

В таком случае, используя информацию о том, что константа скорости FRET зависит от расстояния между молекулами, выражение приобретает вид:

. Рассмотрим смесь донор + акцептор. При анализе представленных спектров флуоресценции можно предположить, что наибольшая флуоресценция будет возникать для смеси двух флуорофоров в силу свойства аддитивности + = . Однако это было бы справедливо только в отсутствии FRET. При появлении FRET интенсивность излучения донора снижается, а акцептора повышается. Попробуем определить спектр, соответствующий паре донор + акцептор.

Может ли флуоресценция пары донор

• акцептор описываться пунктирным- с-точкой спектром? Конечно же нет, т.к. флуоресценция пары донор + акцептор не может быть меньше флуоресценции любого из индивидуальных веществ. С одной стороны, пунктирный спектр может соответствовать паре донор + акцептор. Такая ситуация возникает, если регистрируемая область спектра содержит пик интенсивности флуоресценции акцептора и минимальную флуоресценцию донора. Однако, в таком случае + < , что противоречит условию задачи. С другой стороны, спектр, изображенный сплошной линей тоже может соответствовать паре донор + акцептор. Такое возможно если спектр флуоресценции акцептора практически не виден при исследуемой длине волны. В таком случае + > Пунктир – донор Сплошная – донор + акцептор Пунктир-с-точкой – акцептор

. В нашем случае допустимо пренебрежение величиной флуоресценции акцептора. Тогда квантовый выход описывается выражением:

. Для вычисления расстояния между донором и акцептором сопоставим формулы для квантового выхода

Список использованной литературы:

Nakano , Hanashima , Hara , Kabayama , Asahina , Hojo , Komura , Ando , Nyholm , Slotte , Murata . FRET detects lateral interaction between transmembrane domain of receptor and ganglioside in lipid bilayers. Biochim Biophys Acta Biomembr. . : . Epub . PMID: .

Tanner, . . . enzymes of sialic acid biosynthesis. Bioorganic chemistry, , . :

Fishman ., Brady . . Biosynthesis and function of gangliosides. Science, , .