Знешкодження аміаку в організмі
Ми вже розглядали різного роду шляху дезаминирования амінокислот, в результаті яких утворюється аміак. Аміак - високотоксичні продукт азотистого метаболізму, до того ж він легко проникає через ліпідні мембрани. Найбільше аміаку утворюють тканини з найбільш інтенсивним обміном амінокислот і біогенних амінів, наприклад, мозок, потім печінку і шлунково-кишкового тракту (тут цей процес сильно залежить від діяльності мікрофлори і ступеня перетравлення білків, а також регулярності випорожнення кишечника).
Основні постачальники аміаку:
1) глутамат → а-кетоглутарат + NH3;
2) α-амінокислота → а-кето-кислота + NH3;
3) цистеїн → піруват + NH3;
4) гистидин → урокаінат + NH3;
5) гліцин → гліоксалевой кислота + NH3;
6) глюкозамін-6-Ф → глюкозо-6-ф + NH3;
7) глутамин → глутамат + NH3.
Зважаючи на свою високу токсичність аміак тут же підлягає негайній нейтралізації за місцем своєї освіти в тканинах. Це досягається шляхом відновного амінування α - кетокислот, перш за все α -КГ, з утворенням ЦК. Крім ГДГ-геназной реакції глутамат може брати участь також в глутамінсінтазной реакції, в якій глутамат приєднує NН3 за участю АТР і перетворюється в глутамин. Саме глутамин є одним з основних сховищ в тканинах нетоксичного форми аміаку, який в подальшому може бути використаний в синтетичних процесах. Глутамин, що утворився в печінці, транспортується далі в інші тканини, де він використовується за призначенням. Так, наприклад, в нирках, що надійшов з кров'ю з печінки глутамин під дією глутамінази піддається деамідірованію з утворенням NН4 + і глутамату. Далі глутамат шляхом окисного дезамінування за участю ниркової ГДГ-ази перетворюється в α-КГ з виділенням NН4 +. Таким чином, завдяки двом ферментам - глутамінази і ГДГ-азе в ниркових канальцях забезпечується аммоніогенез, т. Е. Освіту NН4 +, що в нирках є дуже важливим механізмом для регулювання кислотно-лужної рівноваги. Екскретіруя з сечею синтезовані в нирках іони NН4 +, нирки обмінюють їх на іони натрію і таким чином запобігають ацидоз. У печінку надходить глутамин, синтезований в основному клітинами головного мозку. Тут він включається в різні синтетичні процеси - синтез пуринів, фолієвої кислоти, глюкозамін. Крім того, за допомогою глутаміну, АТР і аспартату утворюється аспарагин і таким чином вивільняється глутамат, який далі знову може брати участь в реакціях синтезу глутаміну, трансаминирования, окисного дезамінування, і ін.
Аспартат + глутамин + АТР → ГК + аспарагин + АМР + РіРі
Метаболізм глутаміну відбувається за допомогою його дезамінування в процесі освіти карбомоілфосфата з аміаку і вуглекислого газу. Бере участь в цьому процесі фермен карбамоілфосфатсінтетази. Існує карбамоілфосфат-синтетаза I і II. Карбамоілфосфатсінтетази II забезпечує синтез карбомоіл-фосфату в цитоплазмі для подальшого його включення в біосинтез піримідинових основ. Що стосується карбамоілфосфатсінтетази I, то цей фермент каталізує синтез карбамоілфосфата в печінці, з якого далі в орнітіновом циклі (цикл сечовини) синтезується кінцевий продукт-сечовина, речовина, що характеризується високою розчинністю і в силу цього легко виводиться з організму без всяких порогових концентрацій.
ШЛЯХИ ВИВЕДЕННЯ амінного азоту З ОРГАНІЗМУ РІЗНИХ ВИДІВ ТВАРИН
Існує 3 способи виведення амінного азоту з організму: в вигляді вільного аміаку, сечовини і сечової кислоти. Залежно від способу виведення азоту з організму тварин відносять до аммоніотеліческім (тварини, що живуть у воді, кісткові риби), уреотеліческім (більшість наземних тварин, ссавці, деякі птахи) і урікотеліческім (птиці, змії, ящірки). Такого роду відмінності пов'язані з анатомічною будовою і середовищем існування цих тварин. Так, спосіб виведення з організму аміаку в якості кінцевого продукту азотистого обміну - це еволюційно найбільш древній і найпростіший шлях, так як утворився аміак у вигляді глутаміну доставляється в зябра, де глутамин розпадається на глутамат і аміак. Цей останній легко розчиняється і несеться з водою. У наземних же тварин в зв'язку з появою нирок і сечового міхура з'явилася можливість виводити з організму продукти розпаду азотовмісних сполук у вигляді сечовини, водорозчинного нетоксичного речовини. Що стосується птахів, то для них цей спосіб неприйнятний, так як разом з сечовиною в сечу повинні були надходити значні кількості води, що призвело б до значного збільшення їх ваги. Щоб обійти ці незручності, в процесі еволюції у птахів виробився механізм синтезу сечової кислоти (замість сечовини), яка є кристалічною речовиною, погано розчинну у воді. Тому сеча у птахів - це напівтверда маса, що складається з кристалів сечової кислоти і дуже невеликої кількості води. За таку зручність птиці розплачуються більш інтенсивним метаболізмом з великими витратами енергії, необхідними для синтезу сечової кислоти.
Уреотеліческіе тварини. Цикл сечовини. У наземних хребетних аміак у вигляді NН4 + в печінці перетворюється в сечовину, яка потім виводиться з сечею. Синтез сечовини здійснюється через цикл сечовини. Послідовність реакцій в цьому циклі була розкрита Г. Кребсом і К. Хенселайтом.
Перші дві з цих реакцій проходять в мітохондріях, а решта - в цитоплазмі. Реакції циклу сечовини пов'язані з низкою окислювальних реакцій циклу трикарбонових кислот і реакціями трансаминирования в цитоплазмі.
Аміак надходить в цикл сечовини у вигляді іона NН4 +, який, зв'язуючись c вуглекислим газом в печінці, перетворюється в карбамоілфосфат під дією карбамоілфосфатсінтетази I (КФС-1). Активатором цього ферменту служить - ацетілглутамат, отриманий з глутамату і ацетил-КоА за допомогою N-ацетілглутаматсінтетази.
НСО3- + NН4 + + 2АТР → карбамоілфосфат + 2АDP + Рi + Н + (1)
Джерелом NН4 + (для подальшого його включення в карбамоїл-фосфат) є глутамат, який розпадається шляхом його окіслітельногодезамінірованія за участю ГДГ-ази:
Глутамат + NAD + + Н20 → α КГ + NН4 + + NAD Н + Н +.
Під дією карбамоілтрансферази і іонів Мg2 + карбамоільная група передається на орнітин з утворенням цитруллина, який з мітохондрій - потім переходить в цитозоль.
Карбамоїл-фосфат + орнітин Н Цитруллин. (2)
У цитозолі цитрулін за участю АТР і аргініносукцінатсінтази зв'язується з аспартатом і перетворюється в аргініносукцінат:
Цитрулін + аспартат + АТР → аргініносукцінат + АМР + РiРi (3)
Аспартатом цю реакцію забезпечує реакція трансаминирования оксалоацетата під дією аспартатамінотрансферази і донор аминной групи - глутамат:
Оксалоацетат + глутамат → Аспартат + α-КГ.
Утворився в реакції (3) пирофосфат швидко гідролізується, а аргініносукцінат далі під дією аргініносукцінатліази розпадається на фумарат і амінокислоту аргінін, яка під дією аргінази і Мп2 + розщеплюється на орнітин і сечовину. Орнитин потім знову може надходити в мітохондрії і запускати новий цикл сечовини. Таким чином, для синтезу однієї молекули сечовини витрачаються 4 макроергічні зв'язку (2 - на освіту карбамоілфосфата, а 2 освіті аргініносукцінат
Важливу роль в циклі сечовини грає синтез фумарату, оскільки він пов'язує між собою цикл сечовини і цикл трикарбонових кислот. Так, фумарат гідратіруется в малат, який в свою чергу окислюється в оксалоацетат. Для цього проміжного продукту існує кілька можливих шляхів метаболізму. Він може:
■ піддаватися трансамінування в аспартат;
■ перетворюватися в глюкозу шляхом глюконеогенезу;
■ конденсуватися з ацетил-КоА, утворюючи цитрат.
Реакції, що завершуються утворенням аргініну, властиві всім організмам, але тільки уреотеліческіе тварини володіють достатньою кількістю аргінази, що забезпечує гідроліз аргініну з утворенням сечовини і орнітину. До речі, якась кількість сечовини синтезується також клітинами ниркових канальців, головного мозку, шкіри і ін. Сумарне рівняння циклу сечовини має вигляд:
2NН4 + + НСО3- + затріть + 2Н2О + аспартат →
Сечовина + фумарат + 2АDР + 2Рi + АМР + РiРi + Н +.
Новоутворена таким чином сечовина дифундує з цитозолю печінки в кров і через нирки виводиться з організму з сечею.
Виділяючи замість аміаку сечовину, уреотеліческіе тварини оплачують цю перевагу, втрачаючи до 15% енергії тих амінокислот, які служать джерелом цієї сечовини. Механізм регулювання циклу сечовини у нижчих і вищих хребетних в цілому однаковий; основна відмінність полягає в тому, який з існуючих механізмів використовують окремі види найбільш часто. Ключовими регуляторами циклу сечовини є N-ацетілглутамат і орнітин. Будучи активатором КФС-1, N-ацетілглутамат забезпечує синтез карбамоілфосфата, а орнітин - разом з карбамоілфосфат - освіту цитруллина.
Концентрація N-ацетілглутамата контролюється в основному двома шляхами: шляхом активування ацетил глутаматсінтетази або ацетілглутаматліази. Перший бере участь в синтезі N-ацетілглутамата, а другий - в його гідролізі.
Біосинтез сечовини регулюється також механізмом регулювання на рівні трансляції, т. Е. Синтезу ферментів, які беруть участь в циклі сечовини.
При підвищенні вмісту білка в їжі активність циклу сечовини зростає.
Функція циклу сечовини. Цикл сечовини виконує дуже важливу роль в запобіганні защелачивания внутрішнього середовища організму шляхом протонування бікарбонату НСO3- - перенесення 2 протонів водню від NН4 + на НСO3- за схемою:
НСO3- + 2NН4 + ↔ (NН2) 2СO + 2Н2O + Н +
НСO3- + Н + ↔ СО2 + Н2О
2НСO3- + 2NН4 + ↔ (NН2) 2СO + СO2 + Н2O
З огляду на, що в циклі сечовини витрачаються 4 благаючи АТР, його можна розглядати як енергозалежний протонний насос, який переносить протони від NН4 + на НСO3-. Завдяки такому механізму обидва кінцеві продукти катаболізму білків (сечовина і вуглекислий газ) легко видаляються з організму - сечовина із сечею, а вуглекислий газ - з повітрям, що видихається (через легені). Особливо актуальним цей механізм є для нежуйних тварин, які споживають в основному рослинну їжу (зимнеспящих тварини). У таких травоїдних утворюються зайві кількості НСO3- які видаляються з організму у вигляді СO2 саме завдяки циклу сечовини.
Крім того, сечовина може служити додатковим джерелом азоту для синтезу білка у тварин, що володіють здатністю вторинної переробки сечовини шляхом її розщеплення на NН4 + і СO2 за допомогою уреази. Однак тканини тварин не можуть синтезувати уреазу. На таке здатні тільки мікроорганізми травного тракту. Наявність специфічних мікроорганізмів симбіонтів дозволяє деяким тваринам уникнути накопичення надмірної кількості сечовини в організмі і таким чином запобігти пов'язані з цим втрати води. Найбільш активно використовують сечовину повторно жуйні тварини (ВРХ, верблюд) завдяки рубцевої мікрофлори за схемою:
Здатність вторинної переробки сечовини дозволяє деяким тваринам підтримувати свій водний баланс в умовах харчування кормами, бідними білками, а також брак води - зимнеспящих види, а також мешканці пустелі (наприклад, верблюд). Що стосується верблюда, то це один з механізмів адаптації, що сформувався у верблюда, щоб уникнути втрати води. Він не виділяє або майже не виділяє сечовину з сечею, так як вона піддається повторній переробці, що дозволяє збереженню води в організмі і знімає навантаження на нирки. Якби не було такого механізму, то все більше число кетокислот (найчастіше α-кетоглутарат і оксалоацетат) зв'язувалися б з аміаком і витрачалися б на його тимчасову нейтралізацію, без регенерації назад в кетоформу. Це призвело б рано чи пізно до гальмування циклу Кребса і розвитку тканинної гіпоксії насамперед в органах, які виробляють найбільше аміаку, зокрема в ЦНС. Саме це і спостерігається при зриві освіти сечовини в печінці і проявляється наростаючою тканинної гіпоксією мозку.
Урікотеліческіе тварини. Птахи, змії і ящірки виділяють аміни азот головним чином у вигляді сечової кислоти. Сечова кислота є також головним кінцевим продуктом обміну пуринів у приматів, птахів і рептилій.
Основою сечової кислоти є пуриновое ядро. Ми вже знаємо, звідки беруться атоми вуглецю і азоту для синтезу пуринів. Процес синтезу пуринів і сечової кислоти вимагає значних енергетичних витрат. Але це розплата за зручності. Правда, у вигляді сечової кислоти виводиться не тільки аміни азот. Фактично у вигляді сечової кислоти з організму виводяться продукти катаболізму пуринових нуклеотидів. При катаболизме аденилат спочатку відбувається їх дезамінування з утворенням інозину, який потім піддається гідролізу з утворенням гіпоксантину і D-рибози. Гіпоксантин далі окислюється до ксантину, який під дією ксантиноксидази перетворюється в сечову кислоту. Що стосується гуанілат, то спочатку з них утворюється гуанозин, потім гуанін, а потім вже при його гідролізі - ксантин.
Знешкодження аміаку в організмі - 2.0 out of 5 based on 3 votes