Виведення аміаку з організму
При деградації амінокислот, яка у ссавців здійснюється в печінці, вивільняється аміак. Крім цього, значні кількості аміаку утворюються при розпаді пуринів і піримідинів. Частина аміаку відразу витрачається на синтез інших амінокислот і азотистих основ, а частина, що залишилася повинна швидко инактивироваться або виводитися з організму, оскільки ця сполука є сильним клітинним отрутою.
У організмів, що стоять на нижчих щаблях розвитку, а також у мешкають у воді тварин аміак виділяється безпосередньо з клітин, а у риб, наприклад, через зябра. Такі тварини звуться аммоніотеліческіе. У більшості наземних хребетних тварин, в тому числі у ссавців і у людини, аміак перетворюється в сечовину. Організми, що видаляють аміак (основну його частину) у вигляді сечовини називаються уреотеліческіе. Нарешті, існують урікотеліческіе організми (птиці і рептилії), які перетворюють аміак в сечову кислоту і виводять її з організму в твердому вигляді.
Властивості сечовини як речовини, в складі якого аміачний азот виводиться з уреотеліческіх організмів, полягають в тому, що це нейтральне, нетоксичний, низкомолекулярное з'єднання, здатне легко (в ході пасивної дифузії) долати мембранні бар'єри, розчинна у воді. Сечовина легко переноситься кров'ю і виводиться з сечею.
Утворюється сечовина в клітинах печінки в замкнутій послідовності реакцій, які носять назву цикл сечовини.
Цикл сечовини. Один з атомів азоту в складі молекули сечовини відбувається з аміаку, другий - з аспартату. Вуглецевий атом сечовини бере походження з молекули СО2.
На першій стадії вільний аміак і вуглекислота утворюють в АТР-залежної реакції молекулу карбамоілфосфата, яка містить ангідридну зв'язок і характеризується високим потенціалом перенесення карбамоільной групи. Карбамоільний залишок переноситься на орнітин за допомогою орнітин-карбамоілтрансферази і утворюється цитрулін (рис. 16.13).
На наступній стадії за участю аргініносукцінат-синтази в цикл включається друга аминогруппа, яка присутня в складі аспартату. Конденсація цитруллина з аспартатом також пов'язана з гідролізом АТР і призводить до утворення аргініносукцінат.
На останньому етапі за участю аргініносукцінази відбувається розщеплення її субстрату на аргінін і фумарат. Аргінін гідролізується аргінази на сечовину і орнітин, який знову може акцептувати карбамоільний залишок. Фумарат може перетворюватися в оксалоацетат (реакції ЦТК), який в ході трансаминирования за участю глутамату перетворюється в аспартат. Аспартат знову може надходити в цикл сечовини, конденсуючись з цитрулін (ріс.16.13).
Компартменталізація циклу сечовини охоплює мітохондрії і цитозоль: в матриксі протікають реакції освіти карбамоілфосфата, його включення до складу цитруллина і перетворення фумарата в аспартат. Решта три реакції (освіта аргініносукцінат, аргініну і фумарату, орнитина і сечовини) здійснюються в цитоплазмі.
На утворення однієї молекули сечовини витрачається чотири макроергічних зв'язку АТР, т. Е. Процес інактивації аміаку варто клітці великих витрат енергії.
Регуляція швидкості циклу сечовини визначається першою реакцією. Каталізує її карбамоілфосфат-синтаза аллостеріческого активується N-ацетілглутаматом, попередником орнитина, і в його відсутність практично неактивна.
Цикл сечовини - основний процес, в якому відбувається знешкодження аміаку. Однак навіть уреотеліческіе організми здатні виділяти невелику частку аміаку безпосередньо при гидролитическом дезамідірованіі глутаміну і окислювальному дезаминировании глутамату в клітинах нирок. Вивільнилися аміак дифундує через клітинні мембрани ниркових трубочок в ниркові канальці (сечу), де з'єднується з протонами, утворюючи іони амонію. У такій формі аміак вже не може подолати мембранний бар'єр і повернутися в клітку, тому повністю виводиться в складі сечі.
Відомі спадкові захворювання, пов'язані з порушенням циклу сечовини через дефекти в його ферментної системі. Це завжди пов'язано зі збільшенням концентрації аміаку в тканинах і крові (гіпер-Монем), що може призвести навіть до летального результату. При подібних захворюваннях страждають в першу чергу найбільш чутливі до зниження вмісту АТР системи - нервові клітини і мозок. Це можна пояснити тим, що висока концентрація аміаку зрушує рівновагу оборотної реакції, що каталізується глутаматдегідрогеназа, в бік утворення глутамату, що неминуче викликає виснаження запасів a-кетоглутарата. Але a-кетоглутарат є проміжним продуктом ЦТК, і його надмірне споживання призводить до уповільнення швидкості циклу лимонної кислоти - основного постачальника відновлювальних еквівалентів для дихального ланцюга. В результаті зменшується швидкість утворення АТР.
