Чтение онлайн

Глава 24. Образование и обезвреживание NH3 в организме

В состоянии азотистого равновесия организм взрослого человека потребляет и выделяет около 15 г азота за сутки. Из экскретируемого с мочой азота на долю мочевины приходится 85%, креатинина – 5%, аммонийных солей – 3%, мочевой кислоты – 10%, другие формы – 3–6%. В образовании мочевины и аммонийных солей главную роль играет аммиак.

Основные источники NH3:

1. трансдезаминирование аминокислот;

2. дезаминирование биогенных аминов;

3. распад пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований;

4. окислительное дезаминирование аминокислот (преимущественно глутамата);

5. дезамидирование глутамина и аспарагина;

6. поступление аммиака из кишечника в портальнюю вену (образуется при гниении белков в кишечнике).

Аммиак является высокотоксичным соединением. Он легко всасывается из кишечника в портальную венозную кровь, где его уровень намного выше, чем в общем кровотоке. В норме печень быстро захватывает аммиак из портальной крови, поэтому кровь, покидающая печень, практически свободна от аммиака.

Именно поэтому в организме есть системы обезвреживания аммиака, в результате функционирования которых в крови поддерживается его низкая концентрация (около 0,05 ммоль/л). Условно выделяют местные (тканевые), в результате которых происходит временное связывание аммиака; и общие (конечное обезвреживание) пути обезвреживания NH3, благодаря которым он выводится из организма.

Тканевое обезвреживание аммиака

Осуществляется в тканях (головной мозг, сетчатка, мышцы, печень, почки и др.) по трем основным путям:

1. Основной путь – это связывание NH3 c глутаминовой кислотой с образованием глутамина (фермент глутаминсинтетаза);

Глутамат + NH3 + ATФ -> Глутамин + АДФ + Pн

2. Похожая реакция возможна и с аспарагиновой кислотой, но она является энергетически невыгодной, так как АТФ в ней распадается до АМФ и пирофосфата:

Аспартат+ATФ + NH3 (Глутамин) -> Аспарагин + AMФ + PPн + (Глутамат)

Восстановительное аминирование -кетоглутарата. В мышечной ткани этот процесс приводит к образованию еще одной транспортной формы аммиака. При интенсивной мышечной работе выделяющийся аммиак связывается с -кетоглутаратом под действием глутаматдегидрогеназы. Образуется глутамат, который вступает в переаминирование с пируватом (образующимся при гликолизе). Синтезируется аланин, который является транспортной формой NH3, доставляемой кровью в печень, где он вступает в переаминирование с -кетоглутаратом, в результате чего получаются пируват и глутамат. Глутаминовая кислота через аспартат (переаминирование со ЩУК) включает свою NH2– группу в мочевину. Пируват используется в глюконеогенезе для синтеза глюкозы, которая затем транспортируется в мышцы. Этот механизм имеет важное значение для выведения аммиака из мышечной ткани и получил название глюкозо-аланинового цикла.

Общее (конечное) обезвреживание аммиака

Образование и выведение аммонийных солей. Роль глутаминазы.

В почках под действием глутаминазы происходит гидролиз глутамина 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. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При алкалозе активность глутаминазы в почках ингибируется.

Синтез мочевины.

Печень – единственный орган, клетки которого содержат все ферменты синтеза мочевины и, следовательно, является единственным органом, где происходит ее образование.

В 40-х годах XX века немецкие ученые биохимики Г. Кребс и К. Гензелейт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, состоящий из нескольких стадий, ключевым соединением которого является орнитин. Поэтому процесс синтеза мочевины получил название орнитиновый цикл, или цикл Кребса-Гензелейта.

Мочевина (карбамид) – полный амид угольной кислоты – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I с затратой 2 молекул АТФ. Карбамоилфосфат взаимодействует с орнитином при участии орнитинкарбамоилтрансферазы с образованием цитруллина. Он вступает в конденсацию с аспарагиновай кислотой с затратой АТФ, которая распадается до АМФ и пирофосфата. Аспартат – источник второго азота мочевины. Образуется аргининоянтарная кислота, которая аргининосукцинатлиазой ращепляется на аргинин и фумарат. Аргинин аргиназой разрушается на орнитин и мочевину, которая простой диффузией выходит из клеток в кровь и выделяется с мочой.

Фумарат является промежуточным продуктом ЦТК, и фумаразой превращается в малат, который окисляется малатдегидрогеназой в ЩУК. Она вступает в реакцию трансаминирования с глутаминовой кислотой и превращается в аспартат, который вновь используется в синтезе мочевины. Образовавшийся из глутамата -кетоглутарат вступает в реакцию трансаминирования с любыми аминокислотами. Следовательно, азот аминогруппы сатома азота в мочевине через цепь превращений: АК->– кетоглутарат->глутамат->ЩУК->аспартат.

Регуляция синтеза мочевины

Быстрая регуляция происходит на уровне карбамоилфосфатсинтетазы I. Этот фермент аллостерически регулируется N-ацетилглутаминовой кислотой, которая синтезируется внутри митохондрий из глутамата и ацетил-КоА.

Долговременная регуляция зависит от синтеза новых ферментов. Индукция синтеза определяется уровнем пищевого белка. Повышение поступления белков с пищей повышает синтез всех ферментов орнитинового цикла.

Нарушения синтеза и выведения мочевины

Гипераммониемия – повышение концентрации аммиака в крови. Интоксикация аммиаком лежит в основе развития печеночной комы. Одной из главных причин токсичности NH3 на молекулярном уровне является его способность восстановительно аминировать -кетоглутарат в глутамат. В результате происходит изъятие -кетоглутаровой кислоты из ЦТК. Это может привести к замедлению регенерации оксалоацетата и, как следствие, к накоплению ацетил-КоА, а через него к кетонемии и ацидозу, а также к ослаблению потока протонов и электронов в ЦТД и снижению продукции АТФ.