Источники и пути обезвреживания аммиака В процессе

Источники и пути обезвреживания аммиака

В процессе эволюции сформировались различные типы азотистого обмена, которые классифицируются по основному конечному продукту: 1) аммониотелический тип, главный конечный продукт — аммиак (рыбы); 2) урикотелинеский тип, главный конечный продукт — мочевая кислота (рептилии, птицы); 3) уреотелический тип, главный конечный продукт — мочевина (млекопитающие).

Обмен аммиака. Основной источник аммиака - АК. 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.

Количество азотсодержащих веществ в моче (%) при нормальном белковом питании.

Источник Процесс Ферменты Локализация процесса Аминокислоты Непрямое дезаминирование Аминотрансферазы, ПФ Все ткани (основной путь Глутаматдегидрогеназа, дезаминирования аминокислот) NAD+ Окислительное дезаминирование глутамата Неокислительное Гистидаза-Серин, дезаминирование Гис, Сер, Тре треониндегидратазы, ПФ Окислительное Оксидаза Lдезаминирование аминокислот, FMN (малозначимый путь дезаминирования) Преимущественно печень Окислительное дезаминирование (путь инактивации биогенных аминов) Гидролитическое дезаминирование Аминооксидазы, FAD Все ткани АМФ-дезаминаза Интенсивно работающая мышца Биогенные амины АМФ Глутаматдегидрогеназа, Все ткани NAD+ поступление аммиака из кишечника в портальную вену Печень и почки

Функции аммиака Аммиак вовлекается (непосредственно или через глутамин) в синтез многих компонентов организма: заменимые аминокислоты, пурины, пиримидины, аминосахара и т. д.

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+ + NH 3 → Глутамат + NAD+. Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает: 1) угнетение обмена аминокислот (реакции транса-минирования) и, следовательно, синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др. ); 2) гипоэнергетическое состояние в результате снижения скорости ЦТК.

Недостаточность α-кетоглутарата приводит к снижению концентрации метаболитов ЦТК, что вызывает ускорение реакции синтеза оксалоацетата из пирувата, сопровождающейся интенсивным потреблением СО 2. Усиленное образование и потребление диоксида углерода при гипераммониемии особенно характерны для клеток головного мозга. Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает р. Н в щелочную сторону (вызывает алкалоз). Это, в свою очередь, увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что приводит к гипоксии тканей, накоплению СО 2 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 + NH 3 + АТФ → Глутамин + АДФ + Н 3 Р 04. 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 ϒ-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги. Ион NH 4+ 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.

Обезвреживание аммиака: Основной путь — это связывание аммиака с глутаминовой и реже аспарагиновой кислотами с образованием соответствующих амидов — глутамина и аспарагина (фермент глутаминсинтетаза). Глутамин является нетоксической транспортной формой аммиака и его концентрация в крови значительно выше концентрации других аминокислот.

Пути использования глутамина в организме.

Амидирование остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот в составе белков. Восстановительное аминирование 2 -оксоглутарата в глутамат. Глутамат в реакциях трансаминирования с пируватом образует аланин (особенно в мышцах).

Общее обезвреживание аммиака Метаболизм амидного азота глутамина в почках

Глюкозо-аланиновый цикл.

Орнитиновый цикл Кребса. Гензелейта. Окислительное дезаминирование глутамата происходит в митохондриях. Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ. На схеме показаны пути включения азота двух разных аминокислот (аминокислота 1 и аминокислота 2) в молекулу мочевины: одна аминогруппа - в виде аммиака в матриксе митохондрии; вторую аминогруппу поставляет аспартат цитозоля.

Синтез мочевины

Цикл регенерации аспартата, сопряжённый с орнитиновым циклом.

Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции: превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака; синтез аргинина и пополнение его фонда в организме. Регуляторные стадии процесса - синтез карбамоилфосфата, синтез цитруллина и заключительная стадия, катализируемая аргиназой. Эффективность работы орнитинового цикла при нормальном питании человека и умеренных физических нагрузках составляет примерно 60% его мощности. Запас мощности необходим для избежания гипераммониемии при изменениях количества белка в пище. Увеличение скорости синтеза мочевины происходит при длительной физической работе или длительном голодании, которое сопровождается распадом тканевых белков. Некоторые патологические состояния, характеризующиеся интенсивным распадом белков

Взаимосвязь орнитинового цикла и общего пути катаболизма. Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины.

Пути выведения аммиака при включении в диету глутамата и фенилацетата (А), бензоата (Б), цитруллина и аргинина (В). На рисунке обозначены ферментные блоки: 1 - дефект карбамоилфосфатсинтетазы I; 2 дефект орнитинкарбамоилтрансферазы; 3 - дефект аргининосукцинатлиазы.