Обезвреживание аммиака в организме

Один из путей связывания и обезвр-ия аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах,– это биосинтез глутамина (и, возможно, аспарагина). Глутамин и аспарагин выделяются с мочой в небольшом кол-ве.

Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой благодаря обратимости глутаматдегидрогеназной реакции. Если учесть связывание одной молекулы аммиака при синтезе глутамина, в организме имеется хорошо функционирующая система, связывающая две молекулы аммиака:

57. Переаминирование аминокислот.                                                              Под трансаминированием (переаминирование) подразумевают реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2–) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного обр-ия аммиака.

57.

Реакции трансаминирования являются обратимыми и универсальными для всех живых организмов. Эти реакции протекают при участии специфических ферментов (аминотрансферазы, или трансаминазы).

Теоретически реакции трансаминирования возможны между любой амино- и кетокислотой, однако наиболее интенсивно они протекают при участии дикарбоновой амино- или кетокислоты.                                        В переносе аминогруппы активное участие принимает кофермент трансаминаз пиридоксальфосфат (производное витамина В6), который в процессе реакции обратимо превращается в пиридоксаминфосфат.

Для реакций трансаминирования характерен общий механизм.

Ферменты трансаминирования катализируют перенос NH2-группы не на α-кетокислоту, а сначала на кофермент пиридоксальфосфат. Образовавшееся промежуточное соединение (шиффово основание) подвергается внутримолекулярным превращениям (лабилизация α-водородного атома, перераспределение энергии связи), приводящим к освобождению α-кетокислоты и пиридоксаминфосфата; последний на второй стадии реакции реагирует с любой другой α-кетокислотой, что через те же стадии образования промежуточных соединений (идущих в обратном направлении) приводит к синтезу новой аминокислоты и освобождению пиридоксальфосфата.

Взаимодействие между субстратом, т.е. L-амино-кислотой (аспартат), и пиридоксальфосфатом происходит не путем конденсации с выделением молекулы воды, а путем реакции замещения, при которой NH2-группа субстрата вытесняет ε-NН2-группу лизина в молекуле ферментного белка, что приводит к формированию пиридоксальфосфатного комплекса.

58.Метаболизм аммиака: пути образования и детоксикации.                               Один из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах,– это биосинтез глутамина (и, возможно, аспарагина). Глутамин и аспарагин выделяются с мочой в небольшом количестве.

Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой благодаря обратимости глутаматдегидрогеназной реакции. Если учесть связывание одной молекулы аммиака при синтезе глутамина, в организме имеется хорошо функционирующая система, связывающая две молекулы аммиака:

Аммиак постоянно образуется в тканях в процессе метаболизма. Источниками аммиака являются многие ткани, особенно печень, в которой аммиак образуется из аминокислот в результате дезаминирования аминокислот. NH₃ образуется в слизистой кишечника в реакциях, включающих гидролиз глутамина кишечной микрофлорой: (глутаминаза) L-глутамин + Н₂О → L-глутамат + NH₃                          Клетки кишечника получают глутамин либо из крови, либо при усвоении пищевых белков. NH₃ из кишечника поступает в портальную вену и далее в печень.

Аммиак образуется также при расщеплении биогенных аминов (серотонин, гистамин и др.), при Н⁺ + Сl^- → NH₄Cl выводится с мочой. Основной путь обезвреживания аммиака - синтез мочевины, катаболизме пуринов и пиримидинов в результате удаления аминогруппы из кольца.                                                                     Концентрация аммиака в крови очень низка. Уровень аммиака в крови не превышает 25-40 мкмоль/л. (3 мкмоль/л - летальная концентрация для животных). Это объясняется тем, что удаление азота аминокислот осуществляется в большей степени в виде глутамина или аланина, а не свободного аммиака.

Глутамин является нетоксичной формой хранения и транспорта аммиака. Образование глутамина происходит, главным образом, в скелетных мышцах и печени. Но особо важное значение этот механизм детоксикации аммиака играет в нервной системе. Это главный механизм удаления NH₃ в мозговой ткани. Глутамин в крови содержится в более высокой концентрации по сравнению с другими тканями, что подтверждает его транспортную функцию. Из крови глутамин поступает в почки и подвергается дезаминированию под действием глутаминазы.

Образование глутамина катализируется глутаминсинтетазой. (Mg²⁺⁾ L-глутамат + АТР + NH₃ → L-глутамин + АDP + Н₃РО_4.

Глутамин в тканях используется как резервный источник аммиака, который необходим для нейтрализации кислых продуктов обмена при ацидозе и защищающий тем самым организм от потери с мочой используемых для этого ионов Na⁺.

В детоксикации аммиака может использоваться и аспартат. Синтез аспарагина осуществ-ся аммиак-зависимой аспарагинсинтетазой. (Mg²⁺) L -аспартат + АТР + NH ₃ → L -аспарагин + АМР + Н₄Р₂О₇                             В жив-х тканях содержится глутамин-зависимая аспарагинсинтетаза, использующая для синтеза не аммиак, а амидную группу глутамина.                                                                                               L -аспартат + L -глутамин +АТР → L -глутамат _ L -аспарагин + АМР + Н₄Р₂О7                                                                                        Образующийся пирофосфат далее расщепляется неорганической пирофосфатазой.

Часть NH₃ связывается с α-кетоглутаратом с образованием глутамина. Этот процесс называется восстановительным аминированием и катализируется NADP-зависимой глутаматдегидрогеназой.

α-кетоглутарат + NH₃ + NADPH + H⁺ ↔ L-глутамин + NADP⁺ + Н₂О

Вклад этой реакции в обезвреживание аммиака неизвестен, но, по-видимому, он невелик.

В почках большая часть NH₃, образующийся под действием почечной глутаминазы, экскретируется в мочу в виде солей аммония.

59.Орнитиновый цикл Кребса. Другие названия: орнитиновый цикл, образование мочевины, цикл Кребса – Гензелейта.Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины.        На долю мочевины приходится до 80–85% от всего азота мочи. Основным и, возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень. Впервые Г. Кребс и К. Гензеляйт в 1932 г. вывели уравнения реакций синтеза мочевины, которые представлены в виде цикла, получившего название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.                                              На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат – метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза пиримидиновых нуклеотидов (соответственно ДНК и РНК) и аргинина (соответственно белка и мочевины):

К настоящему времени открыты три разных пути синтеза карбамоил-фосфата de novo, катализируемые тремя разными ферментами. Первую необратимую реакцию катализирует регуляторный фермент – аммиакзависимая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.4.16):

Реакция требует затраты двух молекул АТФ, открыта в митохондриях клеток печени и используется преимущественно для синтеза аргинина и мочевины. В этой реакции в качестве активного стимулирующего аллостерического эффектора действует N-ацетилглутамат.                                                             Вторую, также необратимую, реакцию катализирует глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.5.5):

Данная реакция открыта в цитозоле клеток животных и требует наличия ионов Mg2+. Следует указать, что благодаря включению гидролитической стадии она используется преимущественно для синтеза пиримидиновых нуклеотидов

Третью обратимую реакцию катализирует карбаматкиназа (КФ 2.7.2.2):          На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза (КФ 2.1.3.3).                                На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозави-симая,– это конденсация цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента – аргининосукцинатлиазы.                                    На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.                                                                                       Суммарная реакция синтеза мочевины без учета всех промежуточных продуктов может быть представлена в следующем виде:

На синтез одной молекулы мочевины требуется затрата четырех высокоэнергетических фосфатных групп: - две молекулы АТФ расходуются на синтез карбамоилфосфата - и одна – на образование аргининоянтарной кислоты, - при этом АТФ расщепляется на АМФ и РРi, который при гидролизе также образует две молекулы Рi. - один из атомов азота мочевины имеет своим источником свободный аммиак (через карбамоилфосфат); второй атом азота поступает из аспартата.                                                          -Аммиак обр-ся гл-м образом в процессе глутаматдегидрогеназной реакции.      - В процессе пополнения запасов аспартата участвуют три сопряженные реакции: сначала фумарат под действием фумаразы присоединяет воду и превращается в малат, который окисляется при участии малатдегидрогеназы с образованием оксалоацетата; последний в реакции трансаминирования с глутаматом вновь образует аспартат.                                                                         В процессе эволюции живые организмы выработали различные типы азотистого обмена. Это аммониотелический тип, при котором главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак; он свойствен преимущественно рыбам. При уреотелическом типе обмена основным конечным продуктом обмена белков является мочевина; такой тип характерен, например, для человека. Урикотелический тип характерен для птиц и рептилий; главным конечным продуктом данного типа обмена является мочевая кислота.