Изотопы углерода аминокислот в патогенных биоминеральных образованиях

Исследование состава изотопов в органических соединениях актуально для выявления биогенного или абиогенного происхождения вещества. В настоящее время данные об изотопном составе углерода, особенно на молекулярном уровне, активно используют в геохимических, медицинских исследованиях, а также для получения информации об источнике происхождения белков и сахаров в пищевой промышленности.

Аминокислоты, входящие в состав белка, имеют разный изотопный состав углерода [1, 3—5]. Значительный диапазон вариаций изотопного состава углерода аминокислот отражает разницу в биохимических путях метаболизма, приводящих к синтезу отдельных специфических аминокислот. Так, например, эксперименты показали [6], что эритроциты крови человекапри употреблении напитков, подслащенных сахаром, обогащаются лет™ изотопом 813салаНиНа.

Данная работа посвящена сравнительному анализу изотопного состава углерода аминокислот в уролитах и холелитах, различающихся по минеральному составу.

Объекты и методы исследований

В качестве материала для определения изотопного состава индивидуальных аминокислот послужили 7 об разцов, включая уролиты, состоящие из мочевой кислоты (C5N4H4O3), кар-бонатгидроксилапатита (Са5(РО4)3х х(ОН,СО3)) и струвита (MgNH4PO4x x6H2O), и холелиты, в составе которых определены билирубинат кальция, холестерин (C27O45OH), арагонит (СаСО3).

Для извлечения аминокислот из образцов применяли кислотный гидролиз в 6М HCl при 105 °С в течение 12 часов. Выделенные из гидролизата аминокислоты очищали от примесей и переводили в N-пентафторпропионовые изопропиловые эфиры соответствующих аминокислот. Идентификация и определение содержания аминокислот в образцах выполнены на газо-

bom хроматографе GC-17A (Shimadzu, капиллярная колонка Chirasil-L-Val). Изотопный состав углерода полученных эфиров аминокислот определен с помощью масс-спектрометра Delta VAdvantage (Thermo), соединенного с газовым хроматографом Trace GC Ultra (Thermo, капиллярная колонка DB-5) и системой IsoLink.

Пересчет полученных значений изотопного состава производных аминокислот на исходные аминокислоты производили по формуле:

8 ¹³С = 1/n c (n cd S ¹³C cd — n d S ¹³C d ), где n — число атомов углерода, с — аминокислота, d — дериват, cd — дериват аминокислоты. Погрешность измерений составила ±1.8 %с для углерода аминокислот.

Результаты исследований

Исследован изотопный состав углерода десяти индивидуальных аминокислот для патогенных биоминераль-ных образований (мочевые камни и хо-лелиты)(см. рисунок). Установлено, что 8 ¹³С аминокислот отличается не только у изученных биоминералов, но и внутри каждой группы и зависит от особенностей состава камней и условий их биосинтеза. При этом во всех изученных патогенных биоминеральных образованиях сохраняется тенденция, характерная для природных объектов [2]: изотопически тяжелой аминокислотой по углероду является глицин, а изотопически легкой — лейцин. Зависимости 8 ¹³С_ДК от содержания аминокислот и их принадлежности к незаменимым аминокислот не установлено.

Мочевые камни . В фосфатных мочевых камнях (№ 11, 15, 47) значения 8 ¹³С для индивидуальных аминокислот меняются от —3.5 до —27.7 %о. Практически для всех изученных аминокислот характерны незначительные вариации изотопного состава в пределах 2—6 %о между исследованными образцами. Значительные отличия характерны для образца № 45 (мочевая кислота), изотопный состав углерода аминокислот которого заметно облегчен. При этом значительное облегчение 8 ¹³С характерно для аланина, глицина, валина, аспарагиновой, глутаминовой кислот и пролина.

Желчные камни . Отличительной особенностью изученных желчных камней является изотопный состав углерода фенилаланина, который облегчен на 4—5 %с по сравнению с мочевыми камнями. Кроме того, в холелитах установлены значительные вариации 8 ¹³С_АК между изученными образцами для ала-

Изотопный состав углерода аминокислот уролитов и холелитов: Ala — аланин, Gly — глицин, Val — валин, Leu — лейцин, Ile — изолейцин, Pro — пролин, Asp — аспарагиновая кислота, Glu — глутаминовая кислота, Phe — фенилаланин, Lys — лизин

Isotope composition of carbon in amino acids of kidney stones and gallstones: Ala — alanine, Gly — glycine, Val — valine, Leu — leucine, Ile — isoleucine, Pro — proline, Asp — aspartic acid, Glu — glutamic acid, Phe — phenylalanine, Lys — lysine

нина, валина и лизина. Наибольшие отличия в изотопном составе углерода аминокислот характерны для пигментного холелита (КМП), имеющего в составе билирубинат кальция. В нем хорошо заметно облегчение 8 ¹³С_АК по сравнению с изученными камнями холестеринового состава (№ 72, 76).

Таким образом, предварительные результаты по исследованию изотопного состава углерода аминокислот в уролитах и холелитах показали, что в кристаллических образованиях углеводородного состава (мочевая кислота, билирубинат кальция) изотопный состав углерода большинства изученных аминокислот облегчен. Однако в настоящий момент нельзя говорить, как протекает дифференциация состава 8 ¹³С_АК при формировании патогенных биоминеральных образований в организме человека. Исследования в этом направлении будут продолжены.

Работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований УрО РАН, проект № 15-18-5-5.