5 Обмен аммиака. Биосинтез мочевины. Некоторые клинические аспекты

Аммиак – это один изконечных продуктов обмена азотсодержащих веществ. Это составляющая фракции остаточного азота сыворотки крови (наряду с мочевиной, мочевой кислотой, креатинином, индиканом). В крови концентрация аммиака невелика - 25-40 мкмоль/л. При более высоких концентрациях он оказывает токсическое действие на организм.

Аммиак токсичен, в первую очередь для ЦНС. Токсичность аммиака связана с его способностью нарушать функционирование ЦЛК, т.к. NH₃выводит из ЦЛК–кетоглутарат:

–КГ + NH₃+ НАДН^.Н⁺Глу + НАД⁺+ Н₂О.

В итогевосстановительного аминирования –кето–глутарата происходит снижение активности ЦЛК в клетках ЦНС, что, в свою очередь, угнетает активность аэробного окисления глюкозы. В результате нарушается энергопро–дукция и развивается гипоэнергетическое состояние, т.к. глюкоза – это основной источник энергии для головного мозга.

NH₃ образуется в ходе следующих процессов:

1) окислительного дезаминирования аминокислот – это основной путь продукции NH₃ ;

2. дезаминирования биогенных аминов;

3. дезаминирования пуриновых оснований (аденин, гуанин);

4. катаболизм пиримидиновых нуклеотидов.

В головном мозге основной источник образования NH₃ – дезаминирование АМФ до инозинмонофосфата (ИМФ):

АМФ + Н₂О  ИМФ + NH₃.

Фермент, который катализирует эту реакцию, - аденозиндезаминаза.

Аммиак транспортируется кровью к печени и почкам для обезвреживания в составе аминокислот, среди которых основными являются глутамин, аспарагин, аланин.

Обезвреживание NH₃происходит практически сразу после его образования, т.к. в тканях он сразу же включается в состав аминокислот, главным образом глутамина. Однако для дальнейшей детоксикации и выведения амиака существуют биохимические процессы в печени и почках, которые и являются основными путями обезвреживанияNH₃.

Выделяют следующие механизмы обезвреживания NH₃:

1) восстановительное аминирование–кетоглутарата;

2) образование амидов аминокислот – аспарагина и глутамина;

3) образование аммонийных солей в почках;

4) синтез мочевины.

В тканях аммиак подлежит немедленной нейтрализа–ции. Это достигается путем сочетания процессов (1) и (2).

1. Восстановительное аминирование –кетоглутарата:

NH₃ + –КГ + НАДН^.Н⁺  Глу + НАД + Н₂О.

Фермент - глутаматдегидрогеназа

Для этого процесса необходимы значительные концентрации –КГ. Для того чтобы не было перерасхода–КГ и работа ЦЛК не была нарушена,–КГ пополняется за счет превращения ПВКОА–КГ .

2)Образование амидов– это важный вспомогательный механизм обезвреживанияNH₃в тканях путем его связывания с Глу или Асп.

Асп + АТФ + NH₃  Асн + АМФ + ФФ_нн

Фермент - аспарагинсинтаза

Глу + АТФ + NH₃  Глн + АМФ + ФФ_нн

Фермент - глутаминсинтаза

Этот процесс наиболее активен в ЦНС, мышцах, почках, печени (для поддержания внутренней концентрации NH₃). Главным образомглн является транспортной формой нетоксичногоNH₃ из мозга, мышц и др. тканей. Глутамин легко проникает через мембрану, т.к. при физиологических значениях рН он не имеет заряда. При физической нагрузке аланин активно транспортируетNH₃от мышц к печени. Кроме того, большое количество аланина содержит кровь, оттекающую из кишечника. Этот аланин также направляется в печень для глюконеогенеза.

3) Глн и асн с током крови попадают в почки, где подвергаются гидролизу с помощью специальных ферментов – глутаминазы и аспарагиназы, которые есть и в печени:

Асн + Н₂ОАсп +NH₃.

Глн + Н₂ОГлу +NH₃.

Освободившийся в канальцах почек NH₃нейтрализуется собразованием солей аммония, которые выводятся с мочей:

NH₃+ Н⁺+ Сl^-NH₄Cl.

4)Синтез мочевины- это основной путь обезвреживания аммиака. На долю мочевины приходится 80% экскретируемого азота.

Процесс образования мочевины происходит в печени и представляет собой циклический процесс, который называется «орнитиновый цикл»(цикл Кребса–Гензелайта).

В цикле принимают участие две аминокислоты, которые не входят в состав белков – орнитин и цитруллин, и две протеиногенные аминокислоты – аргинин, аспарагин.

Процесс включает пять реакций: первые две протекают в митохондриях, остальные - в цитозоле гепатоцитов. Некоторые ферменты мочевинообразования есть в мозге, эритроцитах, сердечной мышце, однако весь набор ензимов есть только в печени.

І реакция– это синтез карбамоилфосфата:

СО₂+NH₃ + 2АТФNH₂–CО–Ф + 2АДФ + Ф_н.

Фермент - карбамоилфосфатсинтаза І (митохонд–риальный). Существует также карбамоилфосфатсинтазаІІ(в цитозоле), которая участвует в синтезе пиримидиновых нуклеотидов.

Карбамоилфосфатсинтаза І - регуляторный фермент, для которого активатором является N–ацетилглутамат.

ІІ реакция– включение карбамоилфосфата в циклический процесс. В этой реакции происходит его конденсация с орнитином), в результате чего образуется цитруллин (реакция также происходит в митохондриях).

III реакция- образование аргининосукцината. Это вторая реакция, в которой используется энергия АТФ.

IV реакция - расщепление аргининосукцината с образованием аргинина и фумарата. Последний может поступать в ЦЛК, усиливая его работу. Т.о. это анаплеротическая (пополняющая) реакция для ЦЛК.

V реакция - регенерация орнитина с образованием мочевины.

Схема синтеза мочевины

СО₂+NH₃+ 2АТФкарбамоилфосфат + 2АДФ + Ф_н

1

NH₂–CО–NH₂

(мочевина) Орнитин

Ф_н

52

АргининЦитруллин

4 3АТФ

Фумарат АМФ

АргининосукцинатФФ_н

Ферменты:

1 - карбамоилфосфатсинтаза;

2 - орнитинкарбамоилтрансфераза;

3 - аргининосукцинатсинтаза;

4 - аргининосукцинатлиаза;

5 - аргиназа (сильными ингибиторами фермента являются орнитин и лизин, конкурирующие с аргинином, активаторы - Са²⁺и Мn²⁺).

Орнитин, который восстанавливается в ходе цикла, может запускать новый цикл мочевинообразования. По своей роли орнитин аналогичен оксалоацетату в ЦЛК. Для прохождения одного цикла необходимо 3 АТФ, которые используются в 1–й и 3–й реакциях.

Орнитиновый цикл тесно взаимосвязан с ЦЛК.

Схематически взаимосвязь можно представить так:

2 АТФ

Орнити-СО₂

новый ЦЛК

цикл

ОА

Фумарат АТФ

Аспартат

Это «двухколесный велосипед» Кребса – ни одно колесо не способно «вращаться» без исправного функционирования второго.

Экскреция синтезированной мочевины обеспечивается почками. За сутки выделяется 20-35 г мочевины. При изменении количества белка в пище с целью поддержания азотистого равновесия скорость синтеза мочевины в организме изменяется:

белка с пищейсинтез ферментов цикласинтез мочевины,

если катаболизм белковсинтез мочевиныколичество

выводимогоазота.

Усиление катаболизма белков и, следовательно, повыше–ние экскреции мочевины наблюдаются при голодании и сахарном диабете.

При заболеваниях печени, которые сопровождаются нарушением синтеза мочевины, увеличивается концентра–ция аммиака в крови (гипераммониемия) и, как следствие, развивается печеночная кома.