Аммиак непрерывно образуется во всех органах и тканях организма. Наиболее активными его продуцентами в кровь являются нервная ткань, печень, кишечник, мышцы. Основными его источниками:
• неокислительное дезаминирование некоторых аминокислот(серина, треонина, гистидина) в печени;
• дезаминирование амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот– в печени и поч-ках;
• катаболизм биогенных аминов– во всех ткани, в наибольшей степени в нервной ткани;
• жизнедеятельность бактерий толстого кишечника
• распад пуриновых и пиримидиновых оснований– во всех тканях.
• синтез глутаминовой к-ы– происходит практически во всех тканях, но имеет небольшое значе-ние
• синтез глутамина– главный способ уборки. Наиболее активно происходит в нервной и мышечной
тканях, в почках, сетчатке глаза, печени. Реакция протекает в митохондриях;
• синтез аспарагина– является вто-ростепенным способом уборки ам-миака, энергетически невыгоден,
т.к. тратится2 макроэргические связи;
Транспортными формами аммиака являются глутамин, аланин, некоторое кол-во аммиака находится в крови в свобвиде. Большая часть глутамина поступает от мышц и мозга, аланин-от мышц и ст кишечника. Роль глутамина
Образование большого количества глутамина при обезвреживании аммиака обеспечивает высокие концентрации этого вещества в крови(0,5-0,7 ммоль/л). Так как глутамин проникает через клеточные мембраны путем облегченной диффузии, то он легко попадает не только в гепатоциты, но и в другие клетки, где есть потребность в аминогруппах. Азот, переносимый глутамином, используется клетками для синтеза пуринового и пиримидинового колец, ГМФ, аспарагина.
Целевыми органами для транспорта аммиака являются печень, почки и кишечник.
• в кишечнике часть глутамина дезаминируется, образованный аммиак выделяется в просвет кишечника(не более5%), часть поступает в печень, около90% – в мочу;
• в печени происходит синтез мочевины;
• в почках идет образование аммонийных солей.
СИНТЕЗ АММОНИЙНЫХ СОЛЕЙ
Часть глутамина крови, не задержавшаяся в печени, достигает почек. В клетках дистальных почечных канальцев имеется фермент глутаминаза, гидролизующая амидную группу в виде аммиака, с образованием глутамата. Глутамат в свою очередь, дезаминируется глутаматдегидрогеназой. Выделяемый аммиак диффундируетв просвет канальца, где соединяется с ионом Н+, образуя ионы аммонияNH4+. Онисвязываются с неорганическими(Cl– иSO42-), или с органическими анионами(ук-сусной, щавелевой, молочной кислот). При ацидозе(закислении крови) необходимость выведения ионов Н+ вызывает увеличение синтеза фермента и возрастание экскреции солей аммония. При алкалозе(защелачивании крови) количество глутаминазы снижается и ионы Н+ сберегаются в организме.
Токсичность аммиака обусловлена:
1. При синтезе глутамата происходит отток α-кетоглутарата из ЦТК, при этом понижается образование энергии АТФ и ухудшается деятельность клеток;
2. Ионы аммонияNH4+ вызывают защелачивание плазмы крови. При этом повышается сродство гемоглобина к кислороду(эффект Бора), гемоглобин не отдает кислород в капиллярах, в результате наступает гипоксия клеток;
3. Накопление свободного ионаNH4+в цитозоле влияет на работу внутриклеточных ферментов и ионных каналов для Na+ и K+;
4. Глутамин, являясь осмотически активным веществом, приводит к задержке воды в клетках и их набуханию, что вызывает отек тканей. В случае нервной ткани это может вызвать отек мозга
5. Использование глутамата для нейтрализации аммиака вызывает снижение синтеза ГАМК, тормозного медиатора нервной системы.
Орнитиновый цикл. Мочевина- полный амид угольной кислоты — содержит 2 атома азота.
Читайте также: Ткань основа для пэчворка
Суммарное уравнение синтеза мочевины:СО2 + NH3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н2О → Мочевина + Фумарат + 2 (АДФ + Н3Р04 + АМФ + H4P2O7.
В печеночные клетки аммиак попадает в виде глутамина, глутаминовой кислоты, аланина, в свободном виде. Кроме этого, при метаболизме он образуется в большом количестве и в самих гепатоцитах. В печени весь аммиак используется для синтеза мочевины. Увеличение синтеза мочевины наблюдается при голодание, избыточные физические нагрузки, сахарный диабет или избыточном белковом питании.
Синтез мочевины начинается в митохондриях(первая и вторая реакции), оставшиеся три реакции идут в цитозоле. Для переноса цитруллина и орнитина через митохондриальную мембрану существуют специальные переносчики.
В образовании одной молекулы мочевины участвует1 молекулаNH3, 1 молекулаCO2, аминогруппа1 молекулы аспарагиновой кислоты, затрачивается4 макроэргических связи трех молекул АТФ.
В биологических жидкостях М. определяют с помощью газометрических методов, прямых фотометрических методов, основанных на реакции с образованием эквимолекулярных количеств окрашенных продуктов, а также ферментативных методов с использованием уреазы. Газометрические методы основаны на окислении М. гипобромитом натрия в щелочной среде NH2—СО—NH2 + 3NaBrO → N2 + CO2 + 3NaBr + 2H2O. Объем газообразного азота измеряют с помощью аппарата Бородина. Однако этот метод обладает низкой специфичностью и точностью. Из фотометрических наиболее распространены методы, основанные на реакции М. диацетилмонооксимом (реакция Ферона)в присутствии тиосемикарбазида и солей железа в кислой среде. Другим унифицированным методом определения М. является уреазный метод: NH2—СО—NH2 → уреаза NH3 +CO2. Выделившийся аммиак образует с гипохлоритом натрия и фенолом индофенол, имеющий синий цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию М. в исследуемой пробе. Уреазная реакция высокоспецифична, для исследования берут лишь 20 мкл сыворотки крови, разведенной в соотношении 1: 9 раствором NaCI. Иногда вместо фенола используют салицилат натрия; сыворотку крови разводят следующим образом: к 10 мкл сыворотки крови добавляют 0,1 мл NaCI . Ферментативная реакция протекает при 37° в течение 3 1 /2 мин
ИСТОЧНИКИ АММИАКА И ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ
Аммиак образуется в результате дезаминирования глутамата, биогенных аминов, нуклеотидов (рис.16). Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий (гниение белков в кишечнике). Образование аммиака происходит во всех клетках, а процессы его окончательного обезвреживания – в печени и почках. Аммиак – токсичное соединение (в первую очередь для ЦНС). Низкая концентрация аммиака в крови свидетельствует о том, что в клетках происходит связывание аммиака (первичное обезвреживание) с образованием нетоксичных соединений (транспортных форм) в виде которых аммиак доставляется в печень и почки для окончательного обезвреживания.
Рис. 16. Поток азота при катаболизме аминокислот
Основным путем первичного обезвреживания аммиака является образование амидов – глутамина и аспарагина. Глутамин образуется под действием глутаминсинтетазы, при этом затрачивается молекула АТФ. Аспарагин образуется под действием аспарагинсинтетазы, при этом также затрачивается молекула АТФ, но она расщепляется до АМФ.
В мозге и некоторых других тканях аммиак связывается в результате восстановительного аминирования под действием глутаматдегидрогеназы.
В печени и почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Аммиак, соединяясь с кислотами, выводится в виде солей аммония с мочой (0,5 г в сутки). Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Синтез глутаминазы повышается при ацидозе, образующийся при этом аммиак нейтрализует кислые продукты обмена. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Nа + и К + , которые также могут использоваться для выведения анионов кислот и утрачиваться.
Читайте также: Платья из ткани с восточным рисунком
В печени аммиак обезвреживается путем синтеза мочевины. Мочевина – нетоксичный, водорастворимый конечный продукт азотистого обмена, выводимый почками. За сутки с мочой выделяется около 25 г мочевины. При повышении количества потребляемого с пищей белка выделение мочевины увеличивается. Синтез мочевины (орнитиновый цикл) происходит только в печени (рис.17).
Мочевина – полный амид угольной кислоты (карбамид) – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Далее карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин с образованием цитруллина. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат. Аспартат является источником второго атома азота мочевины. Далее аргининосукцинат расщепляется на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, в результате чего образуется орнитин и мочевина.
Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение концентрации аммиака в крови – гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита. К симптомам гипераммониемии относят тремор, тошноту, рвоту, нечленораздельную речь, головокружение, судороги, потерю сознания. В тяжелых случаях может развиться кома с летальным исходом.
Тема 9.4. Обмен аммиака: источники, превращение в тканях
1. Основным источником аммиака является катаболизм аминокислот в
тканях. Небольшая часть аммиака образуется в клетках при распаде азотсодержащих соединений (биогенных аминов, нуклеотидов и др.) (рис. 9.7), а также при гниении белков в кишечнике в результате деятельности микрофлоры, откуда он частично всасывается и поступает в воротную вену. Концентрация аммиака в крови воротной вены существенно выше, чем в общем кровотоке.
Катаболизм аминокислот и образование аммиака происходит во всех тканях организма. Однако концентрация аммиака в крови очень мала, так как он быстро связывается в клетках с образованием нетоксичных продуктов. Содержание аммиака в крови в норме составляет всего 0,4-0,7 мг/л (25-40 мкмоль/л).
Из организма аммиак выводится почками в виде конечных продуктов азотистого обмена:
• мочевины — синтезируется в печени;
• аммонийных солей — образуются в почках.
Рис. 9.7. Источники аммиака и пути его превращения в разных тканях
2. В разных тканях существует несколько способов связывания и выведения аммиака (рис. 9.8).
Основной реакцией обезвреживания аммиака почти во всех тканях является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы:
Глутаминсинтетаза обладает высоким сродством к аммиаку и благодаря этой реакции в крови и тканях поддерживается низкая концентрация NH3.
Глутамин можно считать транспортной формой аммиака, он является нейтральной аминокислотой и способен легко проникать через клеточные мембраны путем облегченной диффузии (в отличие от глутамата, требующего механизмов активного транспорта). Глутамин поступает в кровь из многих органов, в наибольшем количестве — из мышц и мозга (см. рис. 9.8).
Читайте также: Какие ткани при намокании теряют прочность
3. Из тканей глутамин транспортируется в почки и кишечник. В клетках кишечника под действием фермента глутаминазы происходит отщепление амидной группы в виде NH3 а образовавшийся глутамат с помощью АЛТ превращается в аланин.
Таким образом, в энтероцитах амидная группа глутамина превращается в аммиак, а аминогруппа глутамина — включается в состав аланина.
4. В почках глутамин также подвергается действию фермента глутаминазы и
расщепляется на глутамат, который реабсорбируется и возвращается в клетки тканей, и аммиак (см. рис. 9.8, В).
Рис. 9.8. Пути обмена азота аминокислот и аммиака:
А — выведение азота из мышц и кишечника в составе аланина и глутамина; Б — выведение азота из мозга и мышц в виде глутамина; В — экскреция аммиака из почек в виде аммонийных солей; Г — включение азота аминокислот в мочевину в печени
Глутаминаза почек активируется при ацидозе; образовавшийся аммиак используется для нейтрализации кислых продуктов и образования аммонийных солей [в основном, NH4Cl, (NH4)2SO4], которые экскретируются с мочой (рис. 9.9). Экскреция солей аммония в норме составляет -0,5 г/сут, при
ацидозе выведение аммонийных солей может увеличиться до 10 г/сут. Этот путь выведения аммиака:
• поддерживает кислотно-щелочной баланс в норме;
• защищает организм от потери с мочой ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения избытка анионов.
Рис. 9.9. Использование глутамина в почках для поддержания кислотно-щелочного баланса
5. В мозге и некоторых других органах для обезвреживания аммиака используется реакция восстановительного аминирования α-кетоглутаратапод действием глутаматдегидрогеназы, которая катализирует реакцию, обратную окислительному дезаминированию глутамата. Однако этот путь в тканях используется слабо. Хотя, если учитывать возможность последующего образования глутамина, он является выгодным для клеток, так как способствует обезвреживанию сразу двух молекул NH3:
6. Из мышц, клеток кишечника и некоторых других тканей избыток азота выводится в кровь в виде аланина (см. рис. 9.8, А, Г). Образование аланина в этих органах можно представить следующей схемой:
Аминогруппы разных аминокислот в ходе реакций трансаминирования переносятся на пируват, источником которого служат глюкоза и безазотистые остатки аминокислот. Особенно много аланина выделяют мышцы в силу их большой массы, а также потому, что работающие мышцы часть энергии получают за счет распада аминокислот.Аланин поступает в печень,
где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак обезвреживается в процессе синтеза мочевины, а пируват включается в глюконеогенез или ОПК. Глюкоза из печени поступает в ткани и в процессе гликолиза окисляется до пирувата. Образование аланина в мышцах, его перенос в печень и перенос глюкозы в обратном направлении составляют глюкозоаланиновый цикл (см. рис. 9.8, А, Г).
7. В печени аммиак обезвреживается путем связывания с СО2 и образования карбамоилфосфата (см. рис. 9.8, Г). Реакцию катализируеткарбамоилфосфатсинтетаза I, которая использует 2 моль АТФ. Фермент локализован в митохондриях гепатоцитов. Продукт реакции —карбамоилфосфат — включается затем в орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта для синтеза мочевины.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом