Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

      Комментарии к записи Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл отключены

Аммиак очень токсичное соединение, особенно для нервных клеток. При накоплении его возникает возбуждение нервной системы. Поэтому концентрация аммиака в организме должна сохраняться на низком уровне. Уровень аммиака в норме в крови не превышает 1-2 мг/л (это почти в 1000 раз меньше концентрации сахара в крови). На кроликах показано, что концентрация аммиака 50 мг/л является летальной. Таким образом, аммиак должен подвергаться связыванию в тканях с образованием нетоксичных соединений, легко выделяемых с мочой.

Аммиак образуется в ходе следующих процессов:

— дезаминирование аминокислот;

— дезаминирование биогенных аминов;

— дезаминирование пуриновых оснований (гуанина и аденина);

— дезаминирование глутамина и аспарагина;

— распад пиримидиновых оснований (урацила, тимина, цитозина). В тканях организма существуют следующие пути обезвреживания аммиака:

— образование мочевины (орнитиновый цикл);

— восстановительное аминирование кетокислот;

— образование амидов аминокислот — аспарагина и глутамина;

— образование аммонийных солей.

Главный путь обезвреживания аммиака — синтез мочевины, происходящий в печени.

В 1933 году Кребс и Гензелейт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, в котором каталитическую роль играет орнитин. В последующие десятилетия были раскрыты все реакции этого процесса, и он получил название орнитинового цикла, или цикла Кребса-Гензелейта (рис. 39).

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Рис. 39. Орнитиновый цикл мочевинобразования

Начальной реакцией этого цикла является синтез высокоэнергетического соединения — карбамоилфосфата под действием фермента — карбамоилфосфатсинтетазы:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Карбамоильная группа далее переносится на орнитин с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Орнитин Карбамоилфосфат Цитруллин

Затем цитруллин- реагирует с аспарагиновой кислотой, превращаясь в аргининянтарную кислоту при действии аргининосукцинатсинтетазы:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Цитруллин Аспартат Аргининосукцинат

Аргининосукцинат под действием аргининосукциназы распадается на аргинин и фумаровую кислоту:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Аргининосукцинат Аргинин Фумарат

Далее аргинин гидролизуется аргиназой с образованием мочевины и орнитина:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Аргинин Орнитин Мочевина

Мочевина поступает с током крови а почки и уносится из организма с мочой, а орнитин возвращается в цикл. Реакции орнитинового цикла до стадии образования цитруллина происходят в митохондриях, а последующие стадии — в цитозоле клеток. Если человек в сутки получает 80-100 г белков, то образуется 25-30 г мочевины.

Важным вспомогательным путем связывания аммиака является образование аспарагина и глутамина с участием аспарагинсинтетазы и глутаминсинтетазы соответственно:

аспартат + АТФ + NH3 = аспарагин + АМФ + Н4Р2О7;

глутамат + АТФ + NH3 = глутамин + АДФ + H3PО4.

Эти процессы активны в нервной и мышечной тканях, в почках, в печени.

Часть аммиака легко связывается с ?-кетоглутаровой кислотой, т.е. протекает реакция, обратная окислительному дезаминированию глутаминовой кислоты:

?-кетоглутарат + NH3 Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл глутамат + Н2О

Но вклад этой реакции в обезвреживание аммиака невелик, так как необходимы значительные количества ?-кетоглутарата.

Глутамин и в меньшей степени аспарагин считают как бы транспортной формой аммиака, так как, образуясь в тканях, они с кровью попадают в почки, где подвергаются гидролизу под действием специфических ферментов — глутаминазы и аспарагиназы:

аспарагин + Н2О = аспартат + NH3;

глутамин + H2O = глутамат + NH3.

Освободившийся в канальцах почек аммиак нейтрализует кислые продукты обмена при ацидозе, защищая тем самым организм от потери с мочой ионов Na+ и К*. При этом образуются соли аммония:

NH3 + Н+ + СI¯ = NH4CI,

которые выделяются с мочой.

Синтез аминокислот

В организме может синтезироваться любая из заменимых аминокислот. При этом исходными веществами при биосинтезе заменимых аминокислот служат метаболиты обмена углеводов.

Установлено, что в живых организмах путем реакций прямого восстановительного аминирования синтезируется три аминокислоты: аланин, аспартат и глутамат из пирувата, оксалоацетата и ?-кетоглутарата соответственно:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Пируват Аланин

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Оксалоацета Аспартат

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

?-кетоглутарат Глутамат

Остальные аминокислоты, как правило, получаются в результате реакций трансаминирования вышеназванных аминокислот с соответствующими кетокислотами. Поэтому аланин, аспартат и глутамат часто называют первичными, а остальные аминокислоты — вторичными. Первичные аминокислоты могут синтезироваться также и в результате реакций трансаминирования:

пируват + глутамин Удаление аммиака из организма. орнитиновый циклУдаление аммиака из организма. орнитиновый цикл аланин + ?-кетоглутарат
Оксалоацета + глутамат Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл Аспартат + ?-кетоглутарат

Глутамин и аспарагин с участием глутаминсинтетазы и аспарагинсинтетазы синтезируются по уравнениям:

аспартат + АТФ + NH3 = аспарагин + АМФ + Н4Р2О7

глутамат + АТФ + NH3 = глутамин + АДФ + Н3РО4

Аспарагин синтезируется также из аспартата и глутамина, который служит донором амидной группы:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

аспартат глутамин аспарагин глутамат

Пролин образуется из глутаминовой кислоты:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

Глутамат ?-полуальдегид глутамата Пролин

Из 3-фосфоглицерата образуется серин, а из серина — глицин. Поэтому общим предшественником для серина и глицина можно считать 3-фосфоглицерат:

Удаление аммиака из организма. орнитиновый цикл

серии + ТГФК = глицин + N5, N10-метилен-ТГФК.

(ТГФК — тетрагидрофолиевая кислота)

Из рибозо-5-фосфата образуется гистидин. Первоначально рибозо-5-фосфат превращается в ?-5-фосфорибозил-1-дифосфат (ФРДФ)(см. главу 12), который участвует в дальнейших стадиях биосинтеза и гистидина, и пуринов:

рибозо-5-фосфатФРДФгистидин.

Однако возможности биосинтеза гистидина таким способом ограничены, поэтому он является полузаменимой аминокислотой.

Из незаменимой аминокислоты фенилаланина образуется заменимая — тирозин. Это процесс катализируется фенилаланингидроксилазой, кофактором которой является дигидробиоптерин, а восстановителем – НАД.Н+Н+.

Фенилаланин + НАДФ.Н + Н+ + О2 = тирозин + НАДФ+ + Н2О

Поскольку фенилаланин — незаменимая кислота, то возможности эндогенногосинтеза тирозина ограничены. Метионин (незаменимая кислота) может превращаться в цистеин.

Орнитин в животных тканях превращается в аргинин. Однако эта возможность образования аргинина невелика, так как он сам служит субстратом для синтеза мочевины. Поэтому аргинин является полузаменимой аминокислотой.

Незаменимые аминокислоты, за исключением лизина и треонина, участвуют в реакциях трансаминирования, следовательно, при наличии соответствующих ?-кетокислот они тоже могли бы синтезироваться в организме. Незаменимы собственно ?-кетокислоты, соответствующие незаменимым аминокислотам. Единственным источником таких ?-кетокислот служат незаменимые аминокислоты пищи. Поэтому трансаминирование незаменимых аминокислот служит только этапом их катаболизма, а не синтеза, в отличие от заменимых аминокислот, для которых трансаминирование может быть начальной стадией катаболизма или конечной стадией синтеза.

Дополнительные материалы:

Орнитиновый цикл — цикл Кребса-Гензолейта — meduniver.com


Похожие статьи: