МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ: УТИЛИЗАЦИЯ АММИАКА; ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ. ПАТОЛОГИЯ БЕЛКОВОГО ОБМЕНА
Основные механизмы обмена азота были изучены на голубях
МЕТАБОЛИЗМ АММИАКА
1. Окислительное дезаминирование аминокислот
2. Дезаминирование физиологически активных аминов и азотистых оснований.
3. Всасывание аммиака из кишечника (деградация белков кишечными микроорганизмами приводит к образованию аммиака).
4. Гидролитическое дезаминирование AMФ в мозге (фермент –
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ АММИАКА:
-кетоглутаровая кислота + NH 3
урокаиновая кислота + NH 3
глиоксалевая кислота + NH 3
глутаминовая кислота + NH 3
Концентрация аммиака — в норме 11—35 мкмоль/л. В крови и цитозоле клеток аммиак находится в виде иона аммония — NH 4 + ,
количество неионизированного NH 3
Аммиак — токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и, прежде всего на ЦНС.
Основные пути утилизации аммиака в тканях и органах
МЕХАНИЗМЫ ТОКСИЧНОСТИ АММИАКА
3. Образование аммонийных солей.
NH 3 в почках образуется главным образом за счет амидной группы
глутамина , который гидролизуется глутаминазой , имеющейся в клетках эпителия канальцев почки.
30%) образуется в результате непрямого дезаминирования аминокислот. Экскреция NH 3 с мочой в норме невелика — около 0,5 г в сутки, но в несколько раз повышается при ацидозе.
4. Синтез мочевины
— основной механизм связывания
– печень , т.к. это единственный орган, где есть фермент аргиназа.на долю мочевины приходится до 80-85 % от всего выводимого из организма азота.
за сутки образуется и выводится 25–30 г мочевины.
для синтеза одной молекулы мочевины требуется две молекулы NН 3 , одна молекула СО 2 и
Энергетический баланс орнитинового цикла
На синтез 1 мочевины расходуются 3 АТФ. Дополнительные затраты энергии связаны с трансмембранным переносом веществ и экскрецией мочевины. Энергозатраты при этом частично компенсируются:
· при окислительном дезаминировании глутамата образуется 1 молекула НАДН 2 , которая обеспечивает синтез 3 АТФ;
· в ЦТК, при превращении малата в ЩУК образуется еще 1 молекула НАДН 2 , которая также обеспечивает синтез 3 АТФ;
Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции:
1. превращение азота АК в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака;
2. синтез аргинина и пополнение
Связь орнитинового цикла и цикла Кребса
Орнитиновый цикл находится в тесной взаимосвязи с циклом трикарбоновых кислот :
пусковые реакции цикла мочевины, как и реакции ЦТК, протекают в митохондриальном матриксе;поступление СО 2 и АТФ, необходимых для образования мочевины,
обеспечивается работой ЦТК;в цикле мочевины образуется фумарат, который является одним из
субстратов ЦТК. Фумарат гидратируется в малат, который окисляется в оксалоацетат. Оксалоацетат может подвергаться трансаминированию в аспартат; эта аминокислота участвует в образовании аргининосукцината.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
1.Образование и обезвреживание аммиака. Биосинтез мочевины, последовательность реакций. Роль печени в мочевинообразовании. Возрастные особенности.
Аммиак образуется во всех тканях, особенно в головном мозге, а обезвреживается в печени и почках.
2)дезаминирование пуриновых оснований;
3)распад пиримидиновых оснований;
5)дезаминирование биогенных аминов;
Дезаминирование – основной путь распада (катаболизма) а/к-т. В сутки подвергается дезаминированию ок.70 г а/к-т.
3)внутримолекулярное (асп,асн и гис),
4)окислительное (этот вид является основным(глу).
Процесс происходит под действием фермента – глутаматДГ, который находится в активном виде.
Пути обезвреживания аммиака.
Аммиак в малых дозах – это физиологический раздражитель, в больших – токсическое вещество. Поэтому концентрация аммиака в организме должна находиться на низком уровне – 60 мкМ/л. Гомеостаз аммиака поддерживается за счет его обезвреживания в тканях.
Аммиак, образующийся при дезамидировании в печени, обезвреживается, используясь на синтез мочевины. В почках — на образование аммонийных солей(аммонийгенез). В печени и других тканях аммиак обезвреживается в р-те реакции восстановительного аминирования. Преимущественно в печени идет процесс образования мочевины, являющийся основным путем обезвреживания аммиака.
Образование мочевины получило название орнитиновый цикл, или цитруллиновая теория. Синтез мочевины протекает в МТХ печени. Предварительно в МТХ под действием карбамоилфосфатсинтетазы I с затратой 2АТФ аммиак связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата:
1.В МТХ орнитинкарбамоилтрансфераза переносит карбамоильную группу карбамоилфосфата на орнитин и образуется — цитруллин:
Читайте также: Брюки женские из ткани с люрексом
2.В цитозоле аргининосукцинатсинтетаза с затратой 1АТФ(2макроэргических связей)связывает цитруллин с аспартатом и образуется аргининосукцинат(аргининоянтарная к-та).Фермент нуждается в Mg2+.мАспартат-источник 2ого атома азота мочевины.
3.В цитозоле аргининосукцинатлиаза(аргининсукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат (аминогруппа аспартата оказывается в аргинине).
4.В цитозоле аргиназа гидролизует аргинин на орнитин и мочевину. У аргиназы кофакторы ионы Са2+ или Мn2+,ингибиторы-высокие концентрации орнитина и лизина.
Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается. Мочевина в кровь->почки->выводится.
Общее уравнение синтеза мочевины:
На синтез 1 молекулы мочевины расходуются 4 макроэргических связи 3АТФ.
1.превращает азота АК в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов,главным образом аммиака.
2.синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.
1.Гипераммониемия 1 типа — дефект карбомаилфосфат синтетазы.
Мочевинообразование—одна из важнейших дезинтоксикационных функций печени, заключающихся в преобразовании ядовитых осколков белковой молекулы в нетоксичное вещество. При дезаминировании а/к-т, нуклеотидов и др.азотистых соединений печень принимает участие в синтезе аммиака, превышение предельно допустимых концентраций которого становится высокотоксичным для организма. Дезинтоксикация аммиака происходит посредством использования его для синтеза мочевины.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
48. Пути обезвреживания аммиака и их особенности в почках, печени, нервной ткани.
В тканях аммиак находится преимущественно в виде иона аммония NН в равновесии с небольшой концентрацией неионизированного аммиака.
1. Восстановительное аминирование.
Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах — это биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот (глутамина или аспарагина):
Эта реакция протекает во многих тканях, но наиболее важна для нервной, особенно чувствительной к токсическому действию аммиака. Первая реакция представляет собой обращение глутаматдегидрогеназной реакции (обратная окислительному дезаминированию ГЛУ).
Обезвреживание аммиака путем синтеза глутамина имеет и анаболическое значение, поскольку глутамин используется для синтеза ряда соединений. Прежде всего нужно отметить, что глутамин — одна из 20 аминокислот, входящих в белки. Кроме того, амидная группа глутамина используется для синтеза аспарагина, глюкозамина и других аминосахаров, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Таким образом, в этих реакциях азот аммиака включается в разнообразные структурно-функциональные компоненты клетки.
Глутамин затем может поступать во все ткани, где осуществляется его гидролиз при участии глутаминазы:
Подобным образом происходит образование аспарагина (через ЩУК).
2. Образование аммонийных солей.
Экскреция аммиака с мочой в норме невелика — около 0,5 г в сутки. Но она в несколько раз повышается при ацидозе, т. е. при увеличении содержания кислот в организме. Аммиак в почках образуется главным образом за счет амидной группы глутамина. Глутамин гидролизуется активируемой фосфатом глутаминазой, имеющейся в клетках эпителия канальцев почки. Часть аммиака (примерно 30%) образуется другим путем — в результате непрямого дезаминирования аминокислот.
Образующийся аммиак нейтрализует кислоты: NH3 + Н+ → NH4+. Неионизированные аммиак и кислоты в клетках находятся в равновесии с их ионизированными формами. Через клеточные мембраны проникают преимущественно неионизированные аммиак и кислоты, и в просвете почечного канальца (т. е. уже в моче) аммиак акцептирует протон кислоты, образуя аммонийную соль, которая выводится из организма. Экскреция аммиака почками служит для выведения именно кислот, а не азота, на что указывает значительная скорость экскреции при ацидозе, малая — при нормальной кислотности межклеточной жидкости и крови, и отсутствие экскреции аммиака при алкалозе. Одновременно этот процесс обеспечивает сохранение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот. Потеря таких количеств Na+, которые необходимы для выведения кислот при ацидозе, могла бы вызвать снижение осмотического давления межклеточной жидкости и крови, а вследствие этого уменьшение объема межклеточной жидкости, т. е. обезвоживание тканей.
3. Основным механизмом связывания аммиака в организме является синтез мочевины. Мочевина выводится из организма с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного обмена. На долю мочевины приходится до 80-85 % от всего выводимого из организма азота. Количество выделяемой мочевины зависит от количества белков, поступающих с пищей. Если суточный рацион включает 80–100 г белка, то за сутки образуется и выводится 25–30 г мочевины.
Читайте также: Что такое фартук из ткани технология 5 класс
Основным местом синтеза мочевины является печень. Синтез мочевины является циклическим метаболическим процессом и носит название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса (цикл мочевины Кребса — Хензеляйта).
На первом этапе из NН3 и СО2 при участии АТФ синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат:
На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбомоилфосфата и орнитина с образованиемцитруллина. На следующей стадии вначале происходит связывание одной молекулы NН3 путем восстановительного аминирования с образованием (с затратой молекулы АТФ) аспарагиновой кислоты. Затем цитруллин и аспарагиновая кислота взаимодействуют с образованием аргининосукцината, который распадается на аргинин и фумарат при участии аргининосукцинатлиазы. Аргинин расщепляется под действием фермента аргиназы на орнитин и мочевину .
Образовавшийся орнитин может вступать в следующий цикл мочевинообразования. Хотя аргинин есть во всех клетках организма человека, образование мочевины происходит исключительно в клетках печени — единственном органе, где локализован фермент аргиназа. Мочевина из клеток печени поступает в кровь и выводится из организма через почки.
Для синтеза одной молекулы мочевины требуется две молекулы NН3, одна молекула СО2 и три молекулы АТФ.
Т.о., исходя из фактических данных о механизмах обезвреживания аммиака в организме часть аммиака используется на биосинтез аминокислот путем восстановительного аминирования a-кетокислот по механизму реакции трансаминирования. Аммиак связывается при биосинтезе глутамина и аспарагина. Некоторое количество аммиака выводится с мочой в виде аммонийных солей. В форме креатинина, который образуется из креатина и креатинфосфата, выделяется из организма значительная часть азота аминокислот. Наибольшее количество аммиак расходуется на синтез мочевины, которая выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового обмена в организме человека и животных.
1. Серин— заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза — 3-фосфоглицерата в последовательности реакций дегидрирования, трансаминирования и гидролиза под действием фосфатазы
В организме серин используется для синтеза:
• фосфолипидов (фосфатидилсерины, сфингомиелины);
• аминокислот (глицина, цистеина).
Основной путь катаболизма серина его дезаминирование с образованием пирувата
2.Глицин образуется из серина под действием сериноксиметилтрансферазы.Коферментом этого фермента является тетрагидрофолиевая кислота (Н4-фолат), которая присоединяет β-углеродный атом серина, образуя метилен — Н4-фолат
Глицин является предшественником:
также сучастием Н4-фолата,который связывает а-СН2-группу глицина (см. рис.).
3.Н4-фолатобразуется в печени из фолиевой кислоты (фолата) с участием ферментов фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы ( см.рис.). Коферментом этих редуктаз является NADPH.
Метиленовая группа —СН2—в молекуле метилен-Н4-фолата может превращаться в другие одноуглеродные группы:
Н4-фолат способен передавать эти группы на другие соединения и играет роль промежуточного переносчика одноуглеродных групп. Одноуглеродные фрагменты используются для синтеза нуклеотидов и ряда соединений.
4. Фолиевая кислота является витамином для человека и большинства млекопитающих (витамин ВС или В9). Она широко распространена в пищевых продуктах и синтезируется бактериями кишечника. Гиповитаминоз у человека возникает достаточно редко. Причинами его могут послужить:
• неправильное питание — недостаточное потребление овощей, фруктов и мясных продуктов;
• нарушение всасывания фолиевой кислоты в кишечнике;
• гепатит, цирроз и другие поражения печени, вызывающие снижение активности фолатредуктазы.
Гиповитаминоз фолиевой кислоты приводит к нарушению синтеза нуклеиновых кислот в организме, что сказывается прежде всего на быстро делящихся клетках крови, и развитию мегалобластной анемии.
1. Метионин — незаменимая аминокислота, необходимая для синтеза белков. Мет-тРНКмет участвует в инициации процесса трансляции каждого белка. Как и многие другие аминокислоты, метионин подвергается транс- и дезаминированию. Особая роль метионина заключается в том, что метильная группа этой аминокислоты используется для синтеза целого ряда соединений в реакциях трансметилирования. Основным донором метильной группы является S-аденозилметионин (SAM) — активная форма метионина, который присутствует во всех типах клеток и синтезируется из метионина и АТФ под действием фермента метионин-аденозилтрансферазы: Структура -S+-CH3 в SAM является нестабильной, метильная группа легко отщепляется, что определяет высокую способность ее к переносу на другие соединения в реакциях трансметилирования
Читайте также: Как сшить маску для лица от коронавируса из ткани выкройки
В реакциях трансметилирования SAM превращается в S-аденозилгомо- цистеин (SAr), который гидролитически расщепляется с образованием аденозина и гомоцистеина. Последний может снова превращаться в метионин с участием метил-Н4-фолата и витамина В12. Регенерация метионина тесно связана с обменом серина и глицина и взаимопревращениями производных Н4-фолата
2. Метионин и серин необходимы для синтеза условно заменимой аминокислоты цистеина, причем в этом процессе метионин является донором атома серы. Цистеин образуется непосредственно из гомоцистеина в ходе двух реакций, которые происходят с участием пиридоксальфосфата . Генетический дефект этих ферментов приводит к нарушению использования гомоцистеина в организме и превращению его в гомоцистин.
Гомоцистин может накапливаться в крови и тканях, выделяться с мочой, вызывая гомоцистинурию. Заболевание сопровождается эктопией (смещением) хрусталика глаза, катарактой, остеопорозом, умственной отсталостью (-50% больных). Причиной заболевания могут служить как наследственные нарушения обмена гомоцистеина, так и гиповитаминоз фолиевой кислоты или витаминов В12 и
SАМ как донор метильной группы участвует в синтезе многих веществ (лецитина, адреналина, карнитина, ацетилхолина, креатина и др.), а также в инактивации нормальных метаболитов и обезвреживании токсических веществ в печени.
ОБМЕН ФЕНИЛАЛАНИНА, ТИРОЗИНА
1. Фенилаланин — незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется ароматическое кольцо. Основная часть поступающего с пищей фенилаланина используется в синтезе тканевых белков, превращение остальной части начинается с его гидроксилирования, в результате чего образуется тирозин. Реакция эта катализируется специфической монооксигеназой — фенилаланингидроксилазой, коферментом которой является тетрагидробиоптерин (Н4-БП)
1. Реакцию катализирует фенилаланингидроксилаза (1), коферментом которой является Н4БП. Кофактором являются ионы Fe 2 +. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП).
2. Регенерация дигидробиоптерина (2) происходит при участии дигидробиоптеринредуктазы с использованием NADPH.
2. Тирозин — условно заменимая аминокислота. Синтезируется только из фенилаланина.
Катаболизм Фен и Тир происходит в печени. В результате ряда реакций образуется фумарат и ацетоацетат (рис. 9.23, А). Фумарат используется для синтеза глюкозы (глюконеогенез) или окисляется до СО2 и Н2О. Ацетоацетат — кетоновое тело, которое окисляется в тканях с выделением энергии. Таким образом, Фен и Тир относятся к смешанным (гликокетогенным) аминокислотам по использованию безазотистого остатка.
Превращение промежуточного продукта катаболизма Тир — гомогентизиновой кислоты — в фумарилацетоацетат сопровождается расщеплением ароматического кольца.
Процессы расщепления ароматических колец в биологических системах катализируются ферментами диоксигеназами. Для катализа диоксигеназам необходимыкофакторы — Fe 2 + или гем (для некоторых — Сu+), а также — витамин С.
3. В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани из тирозина синтезируются катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин)
Тирозин под действием специфической монооксигеназы — тирозингидроксилазы превращается в ДОФА. Для протекания реакции необходимы Н4БП, О2 и Fe 2 + (реакция аналогична гидроксилированию фенилаланина,.Тирозингидроксилаза найдена только в надпочечниках и катехоламинэргических нейронах (преимущественно в их нервных окончаниях). Этот фермент является регуляторным и определяет скорость синтеза катехоламинов. Одна из функций последних — регуляция деятельности сердечнососудистой системы.
Активность тирозингидроксилазы значительно изменяется в результате:
• аллостерической регуляции по принципу ретроингибирования норадреналином;
• фосфорилирования с участием цАМР — зависимой протеинкиназы, при этом снижается Км для кофермента Н4БП и сродство фермента к норадреналину, в результате чего происходит активация тирозингидроксилазы;
• индукции синтеза фермента кортизолом.
Катехоламины выполняют очень важные функции в организме. Дофамин является медиатором среднего отдела мозга.Норадреналин — тормозный медиатор синаптической нервной системы и разных отделов головного мозга, но может выполнять функцию возбуждающего медиатора в гипоталамусе. Адреналин — гормон интенсивной физической работы, который синтезируется при стрессе и регулирует основной обмен, а также усиливает сокращение сердечной мышцы.
В щитовидной железе тирозин используется для синтеза гормонов иодтиронинов (тироксина и трииодтиронина)..
В меланоцитах — пигментных клетках кожи, сетчатки глаз тирозин является предшественником пигментов меланинов
- 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