Пути обезвреживания аммиака В процессе эволюции сформировались

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).

Глюкозо-аланиновый цикл.

Общее обезвреживание аммиака Метаболизм амидного азота глутамина в почках

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.

Обмен отдельных аминокислот

Включение безазотистого остатка аминокислот в общий путь катаболизма

Гликогенные аминокислоты Алании Аспарагин Аспартат Глицин Глутамат Глутамин Пролин Серии Цистеин Аргинин Гистидин Валин Метионин Треонин Гликокетогенные аминокислоты Тирозин Изолейцин Фенилаланин Триптофан Кетогенные аминокислоты Лейцин Лизин

Безазотистые остатки аминокислот используются для восполнения того количества метаболитов общего пути катаболизма, которое затрачивается на синтез биологически активных веществ. Такие реакции называют анаплеротическими. Выделены пять анаплеротических реакций: 1 2. Аминокислоты → Глутамат → α-Кетоглутарат 3 4. Аминокислоты → Фумарат 5. Аминокислоты → Оксалоацетат

Пути биосинтеза заменимых аминокислот.

Существует 2 пути синтеза глицина: 1) из серина с участием производного фолиевой кислоты в результате действия сериноксиметилтрансферазы: 2) в результате действия фермента глицинсинтазы в реакции:

Обмен серина и глицина Серин - заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3 -фосфоглицерата, а аминогруппу получает от глутаминовой кислоты. Глицин - также заменимая аминокислота, основным источником которой служит серии. Реакцию синтеза глицина из серина катализирует фермент сериноксиметилтрансфераза, коферментом которой является Н 4 -фолат.

Обмен серосодержащих аминокислот В состав белков человека входят 2 аминокислоты, содержащие серу, - метионин и цистеин. Эти аминокислоты метаболически тесно связаны между собой

Метионин - незаменимая аминокислота. Она необходима для синтеза белков организма, участвует в реакциях дезаминирования, является источником атома серы для синтеза цистеина. Метионил-т. РНК участвует в инициации процесса трансляции. Метальная группа метионина - мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий акцептор называют реакцией трансметилирования, имеющей важное метаболическое значение.

Метаболизм метионина. 1 - реакции трансметилирования; 2 - синтез цистеина; 3 - регенерация метионина.

Ещё одним важным путём использования цис-теина можно считать синтез таурина в животных тканях, который происходит путём декарбоксилирования производных цистеина - цистеиновой и цистеинсульфиновой кислот: Таурин необходим для синтеза парных жёлчных кислот в печени. Кроме того, он очень важен в клетках как антиоксидант и используется для снижения ПОЛ и связывания гипохлоританиона (в форме хлораминового комплекса).

Цистеин также служит предшественником тиоэтаноламинового фрагмента HS-Ko. A (кофермента А). Катаболизм цистеина происходит окислительным путём. Сульфит, который получается в реакции, превращается в сульфат и выводится с мочой, либо превращается в эфиросерные кислоты, которые также экскретируются почками. Цистеин - практически единственный источник сульфатов мочи.

Метаболизм фенилаланина и тирозина

Строение порфина (А), протопорфирина IX (Б) и гема гемоглобина (В). Порфин - циклическая структура, состоящая из четырёх пиррольных колец, связанных между собой метановыми мостиками. Протопорфирин IX имеет четыре метильных, два винильных радикала и два остатка пропионовой кислоты. В геме гемоглобина Fe 2+ образует две ковалентные и две координационные связи с атомами азота пиррольных колец протопорфирина IX.

Синтез гема. Цифрами на схеме указаны ферменты: 1 - аминолевулинатсинтаза; 2 - аминолевулинатдегидратаза; 3 - порфобилиногендезаминаза; 4 - уропорфириноген III косинтаза; 5 - уропорфириногендекарбоксилаза; 6 - копропорфи-риноген III оксидаза; 7 - протопорфириногеноксидаза; 8 - феррохелатаза. Буквами обозначены заместители в пиррольных кольцах: М - метил, В - винил, П - остатки пропионовой кислоты, А - ацетил, ПФ - пиридоксальфосфат. Донором железа служит депонирующий железо в клетках белок ферритин.

1 реакция в образовании гема – реакция образования 5 аминолевулиновой кислоты

Реакция образования порфобилиногена.