Катаболизм аминокислот в тканях происходит постоянно со скоростью -100 г/сут. При этом в результате дезаминирования аминокислот освобождается большое количество аммиака. Значительно меньшие количества его образуются при дезаминировании биогенных аминов и нуклеотидов. Основные источники аммиака в клетках представлены в табл. 9-3.
Таблица 9-3.
Основные источники аммиака
Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки (пше-ние белков в кишечнике) и поступает в кровь воротной вены. Концентрация аммиака в крови воротной вены существенно больше, чем в общем кровотоке. В печени задерживается большое количество аммиака, что поддерживает низкое содержание его в крови. Концентрация аммиака в крови в норме редко превышает 0,4—0,7 мг/л (или 25—40 мкмоль/л). В крови и цитозоле клеток при физиологических значениях pH аммиак переходит в ион аммония — NH4 + , количество неионизированного NH3 невелико (
Аммиак — токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего на ЦНС. Так, повышение концентрации аммиака в мозге до 0,6 ммоль вызывает судороги. К симптомам гипераммониемии относят тремор, нечленораздельную речь, тошноту, рвоту, головокружение, судорожные припадки, потерю сознания. В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом.
Механизм токсического действия аммиака на мозг и организм в целом, очевидно, связан с действием его на несколько функциональных систем.
- Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата:
α -Кетоглутарат + NADH + Н + + NH3 ⇒ Глутамат + NAD + .
Уменьшение концентрации а-кетоглутарата вызывает:
- угнетение обмена аминокислот (реакции трансаминирования) и, следовательно, синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др.);
- гипоэнергетическое состояние в результате снижения скорости ЦТК.
Недостаточность а-кетоглутарата приводит к снижению концентрации метаболитов ЦТК, что вызывает ускорение реакции синтеза оксалоацетата из пирувата, сопровождающейся интенсивным потреблением СO2. Усиленное образование и потребление диоксида углерода при гипераммониемии особенно характерны для клеток головного мозга.
- Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает pH в щелочную сторону (вызывает алкалоз). Это, в свою очередь, увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что приводит к гипоксии тканей, накоплению СO2 и гипоэнергетическому состоянию, от которого главным образом страдает головной мозг.
- Высокие концентрации аммиака стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани (при участии глутаминсинтетазы):
Глутамат + NH3 + АТФ -» Глутамин + АДФ + Н3РO4
Накопление глутамина в клетках нейроглии приводит к повышению осмотического давления в них, набуханию астроцитов и в больших концентрациях может вызвать отёк мозга. Снижение концентрации глутамата нарушает обмен аминокислот и нейромедиаторов, в частности синтез у-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги.
- Ион NH4 + практически не проникает через цитоплазматические и митохондриальные мембраны. Избыток иона аммония в крови способен нарушать трансмембранный перенос одновалентных катионов Na + и К + , конкурируя с ними за ионные каналы, что также влияет на проведение нервных импульсов.
Читайте также: Кожица листа состоит из ткани механической запасающей покровной проводящей
Б. Связывание (обезвреживание) аммиака
Высокая интенсивность процессов дезаминирования аминокислот в тканях и очень низкий уровень аммиака в крови свидетельствуют о том, что в клетках активно происходит связывание аммиака с образованием нетоксичных соединений, которые выводятся из организма с мочой. Эти реакции можно считать реакциями обезвреживания аммиака. В разных тканях и органах обнаружено несколько типов таких реакций.
Основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы:
Глутаминсинтетаза локализована в митохондриях клеток, для работы фермента необходим кофактор — ионы Mg 2+ Глутаминсинтетаза — один из основных регуляторных ферментов обмена аминокислот и аллостерически ингибируется АМФ, глюкозо-6-фосфатом, а также Гли, Ала и Гис.
Глутамин легко транспортируется через клеточные мембраны путём облегчённой диффузии (для глутамата возможен только активный транспорт) и поступает из тканей в кровь. Основными тканями-поставщиками глутамина служат мышцы, мозг и печень. С током крови глутамин транспортируется в кишечник и почки.
В клетках кишечника под действием фермента глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака:
Образовавшийся в реакции глутамат подвергается трансаминированию с пируватом. а-Аминогруппа глутаминовой кислоты переносится в состав аланина (рис. 9-10). Большие количества аланина поступают из кишечника в кровь воротной вены и поглощаются печенью. Около 5% образовавшегося аммиака удаляется в составе фекалий, небольшая часть через воротную вену попадает в печень, остальные
Рис. 9-10. Метаболизм азота глутамина в кишечнике
В почках также происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой (рис. 9-11). Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При алкалозе количество глутаминазы в почках снижается.
Рис. 9-11. Метаболизм амидного азота глутамина в почках
В почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.
Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин — основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется гпя синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосаха-ров и других соединений (рис. 9-12).
Рис. 9-12. Пути использования глутамина в организме
Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагина под действием аспарагинсинтетазы.
В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование α -кетоглутарата под действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию. Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, так как глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, так как способствует связыванию сразу 2 молекул NH3.
Читайте также: Ткани церковные варшавское шоссе
Существуют 2 изоформы этого фермента — глутаминзависимая и аммиакзависимая, которые используют разные доноры амидных групп. Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных. Однако такой путь обезвреживания аммиака в клетках человека используется редко и к тому же требует больших энергетических затрат (энергию двух макроэргических связей), чем синтез глутамина.
Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени путём синтеза мочевины. В первой реакции процесса аммиак связывается с диоксидом углерода с образованием карба-моилфосфата, при этом затрачиваются 2 молекулы АТФ. Реакция происходит в митохондриях гепатоцитов под действием фермента карбамоилфос-фатсинтетазы I. Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе пиримидиновых нуклеотидов (см. раздел 10). Карбамоилфосфат затем включается в орнитиновый цикл и используется для синтеза мочевины.
Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, так как активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Образование аланина в этих органах можно представить следующей схемой (см. схему).
Аминогруппы разных аминокислот посредством реакций трансаминирования переносятся на пируват, основным источником которого служит процесс окисления глюкозы.
Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада аминокислот. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак обезвреживается, а пируват включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до пирувата (рис. 9-13).
Рис. 9-13. Глюкозо-аланиновый цикл
Образование аланина в мышцах, его перенос в печень и перенос глюкозы, синтезированной в печени, обратно в мышцы составляют глюкозо-аланиновый цикл, работа которого сопряжена с работой глюкозо-лакгатного цикла (см. раздел 7).
Совокупность основных процессов обмена аммиака в организме представлена на рис. 9-14. Доминирующими ферментами в обмене аммиака служат глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза.
Рис. 9-14. Обмен аммиака. Основной источник аммиака — аминокислоты. Большая часть образовавшегося аммиака обезвреживается в орнитиновом цикле в печени и выделяется в виде мочевины. Основной реакцией обезвреживания аммиака в тканях является синтез глутамина, который затем используется в анаболических процессах и для обезвреживания веществ в печени. Ферменты глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза являются регуляторными и обусловливают скорость процессов образования и обезвреживания аммиака
Роль глутамина и аспарагина в обезвреживании аммиака.
1. Основная реакция связывания аммиака – синтез глутамина:
Локализация: митихондрии клеток
Фермент: глутаминсинтетаза (ингибируется АМФ, глюкозо-6-фосфатом, Гли, Ала и Гис)
Глутамин — основной донор азота в организме.
С током крови глутамин поступает в кишечник и почки.
В кишечнике под действием глутаминазы обр-ся глутамат, который подвергается
трансаминированию с пируватом – аминогруппа с глутамата переносится в состав аоланина, который поглощается печенью, а образовавшийся аммиак удаляется с фекалиями (5%), а другая часть выводится с почками (90%)
Читайте также: Что такое вторичное поражение костной ткани
В почках также под действием глутаминазы происходит гидролиз глутамина
Ацидоз стимулирует активность глутаминазы почек для образования аммиака, который нейтрализует кислые продукты и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой.
Эта реакция защищает организм от потери К и Na, которые аткже могут
использоваться для выведения анионов и утрачиваться
2. Еще одна реакция обезвреживания аммиака – синтез аспарагина
Под действием глутаминзависимой (животная ткань) и аммиакзависимой
(бактериальная клетка) аспарагинсинтетазы.
Этот путь используется редко, т.к. энергетически невыгоден.
Орнитиновый цикл мочевинообразования. Химизм, место протекания процесса. Энергетический эффект процесса, его регуляция. Количественное определение мочевины сыворотки крови, клиническое значение.
Синтез мочевины (орнитиновый цикл) – циклический процесс, состоит из 5
реакций, катализируемых 5 отдельными ферментами. Способствует выведению азота.
Место протекания: митохондрии и цитозоль
Транспорт аминного азота – в составе глутамина, аланина, аммиака
1. карбомоилфосфат-синтетаза 1
Механизм отрицательной обратной связи с участием аллостерических ферментов.
При уменьшении расхода АТФ – активность дыхательной цепи снижается (дыхательный контроль), конц. NADH в клетке повышается – снижение активности регуляторных ферментов.
NADH – ингибитор NAD-зависимые дегидрогеназы.
Повышение конц. цитрата, сукцинил-КоА и ацетил-КоА – ингибироваие регуляторных реакций.
Субстраты реакций – пируват и оксалоацетат – активируют ферменты ОПК
Биологическая роль орнитинового цикла:
Превращение азота АК в мочевину и предотвращение накопления аммиака
Синтез аргинина и пополнение его фонда в организме
Энергетический баланс процесса:
1 молекула мочевины за 1 оборот цикла расходует 4 макроэргические связи, которые компенсируются при дезаминировании глутамата и регенерации аспартата с образованием НАДН2
При трансмембранном переносе цитруллина и орнитина и переносе мочевины из крови в почки за счет градиента Na + , создаваемого К + , Na + -АТФазы.
Суммарное уравнение синтеза мочевины
СО2 + NH3 + аспартат + 3АТФ + 2Н2О = мочевина + фумарат +
+ 2 (АДФ + H3PO4) + АМФ + H4P2O7
Количественное определение мочевины сыворотки крови, клиническое значение
В опытную пробирку отмеривают в 10 раз сыворотки крови, в стандартную – такой
же объем стандартного раствора мочевины и в контрольную –дистиллированной воды.
Добавляют во все пробирки по 2 мл цветного реактива и тщательно перемешивают
их содержимое встряхиванием.
Все пробирки закрывают крышечкой из алюминиевой фольги и нагревают в
кипящей водяной бане в течение 10 мин, затем охлаждают их под струей холодной воды.
Измеряют оптическую плотность и опр. количественное содержание
по калибровочному графику.
Определение концентрации мочевины в крови применяется:
Для оценки тяжести патологического процесса,
Для наблюдения за течением заболевания
Оценка эффективности проводимого лечения.
Уровень мочевины в крови характеризует выделительную функцию почек
Декарбоксилирование аминокислот. Биогенные амины: гистамин, серотонин, ГАМК, путресцин. Реакции их образования, ферменты, кофактор. Биороль биогенных аминов. Дезаминирование и метилирование аминов как пути их обезвреживания.
В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд
аминокислот. Продуктами реакции являются СО2 и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины)
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
- 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