Глутаминсинтетаза обладает высоким сродством к аммиаку, и благодаря этой реакции в крови и тканях поддерживается низкая концентрация nh3.
Глутамин является транспортной формой аммиака, т.к. представляет собой нейтральную кислоту, способную легко проникать через клеточные мембраны путем облегченной диффузии (в отличие от глутаминовой кислоты, требующей механизмов активного транспорта).
Образовавшийся в тканях глутамин транспортируется в почки и печень.
Образование и экскреция аммиака в почках
Экскреция аммиака с мочой в норме невелика – около 0,5 г в сутки. Но при ацидозе она повышается в несколько раз. Аммиак в почках в основном образуется из глутамина при гидролизе последнего глутаминазой, имеющейся в клетках эпителия канальцев почек. Ацидоз стимулирует синтез глутаминазы, а также поглощение глутамина клетками почек; образующийся аммиак нейтрализует кислоты:
NH3 + H+ NH4+
Образовавшаяся аммонийная соль выводится из организма. Таким образом, экскреция аммиака почками при ацидозе служит для выведения именно кислот, а не азота. Этот процесс обеспечивает сбережение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот.
Биосинтез мочевины
Мочевина - основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выводится избыток аммиака.
Катаболизм аминокислот и образование аммиака происходит во многих тканях. Для транспорта аммиака из тканей в печень используются 3 соединения: глутамин, аланин и аммиак.
Биосинтез мочевины происходит только в печени, т.к. только в этом органе имеется полный набор ферментов орнитинового цикла.
Один из двух атомов азота мочевины включается в нее за счет использования аммиака. При действии карбамоилфосфатсинтетазы I образуется карбамоилфосфат.
Карбамоильная группа далее переносится на орнитин с образованием цитруллина.
Цитруллин реагирует с аспарагиновой кислотой, превращаясь в аргининоянтарную кислоту, которая распадается на аргинин и фумаровую кислоту.
Аргинин гидролизуется с образованием мочевины.
Реакции орнитинового цикла до стадии образования цитруллина проходят в митохондриях, а последующие стадии – в цитозоле. Суммарное уравнение синтеза мочевины:
Биологическая роль синтеза мочевины
Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции: 1) превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака; 2) синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.
Регуляция биосинтеза мочевины
Ключевым ферментом биосинтеза мочевины является карбамоилфосфатсинтетаза I, локализованная в митохондриях. Этот фермент – регуляторный; положительным модулятором для него служитN-ацетилглутамат.
Энергетическая цена синтеза мочевины
На синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 высокоэнергетические фосфатные связи. 2 молекулы АТФ требуются для образования карбамоилфосфата и одна – для образования аргининосукцината. Однако в последней реакции АТФ претерпевает пирофосфатное расщепление, продуктами которого являются АМФ и пирофосфат, гидролизующийся затем с образованием двух молекул ортофосфата. Поэтому в общей сложности на образование одной молекулы мочевины расходуется 4 молекулы АТФ.
Гипераммониемия
Диагностированы наследственные нарушения, вызываемые блокированием одной из реакций цикла мочевины. Общим признаком этих нарушений является повышенное содержание NH4+в крови – гипераммониемия. Почти полная недостаточность какого-либо фермента цикла мочевины вызывает кому и приводит к смерти вскоре после рождения. Частичная недостаточность этих ферментов вызывает задержку умственного развития, временами рвоту. При мягких формах этих наследственных нарушений малобелковая диета и введение метаболитов орнитинового цикла (аргинина, цитруллина, глутамата) приводит к снижению содержания аммиака в крови и к улучшению клинической картины.