Окончательное обезвреживание аммиака

В организме

Только небольшая часть азота организма (менее 10%) выводится из него в виде аммиака (через ЖКТ), солей аммония (в составе мочи) и низкомолекулярных соединений (мочевая кислота, креатинин и др.). Свыше 90% выводимого азота организма человека и других млекопитающих трансформируется в мочевину. По этому признаку млекопитающие относят к уреотелическим организмам.

У птиц, рептилий и амфибий основным конечным продуктом азотистого обмена является мочевая кислота. Это урикотелические организмы.

Рыбы относятся к аммониотелическим организмам, так как конечным продуктом азотистого обмена у них является аммиак.

Рис. 5. Орнитиновый цикл.

Окончательное обезвреживание аммиака в организме человека осуществляется в орнитиновом цикле – в печени. В печень поступает аммиак реабсорбированный из ЖКТ, крови и в составе аминогрупп аминокислот. Как отмечалось выше, азот аминокислот (в реакциях трансаминирования) включается в                a-кетокислоты. Коллекторную функцию по сбору аминогрупп большинства аминокислот выполняет a-кетоглутарат, присоединяя аминогруппу от аминокислоты он превращается в глутамат. Глутамат (в печени) дезаминируется глутаматдегидрогеназой до a-кетоглутарата и аммиака. Эта реакция происходит в матриксе митохондрий, далее аммиак вступает на путь синтеза мочевины – орнитиновый цикл. Основная часть мочевины организма (95%) синтезируется в печени, остальная образуется в корковом веществе почки.

Первые две реакции орнитинового цикла происходят в митохондриях, последующие в цитозоле. Высокая активность митохондриальных ферментов цикла характерна для гепатоцитов. Для действия карбамоилфосфатсинтетазы 1 – фермента катализирующего первую реакцию пути необходим в качестве активатора N-ацетилглутамат. В клетках почки активность митохондриальных ферментов синтеза мочевины несущественна и, следовательно, процесс образования мочевины в этих структурах линейный (идет в присутствии цитруллина или аргинина). Энергетические затраты на синтез одной молекулы мочевины составляют 4 АТФ (при использовании всех реакций орнитинового цикла) и 2 АТФ если осуществляются только реакции протекающие в цитозоле.

Через фумарат орнитиновый цикл связан с циклом Кребса. Фумарат (в цикле Кребса) преобразуется до ЩУК, который превращается в аспарагиновую кислоту в реакции трансаминирования с глутаматом (на рисунке 5 эти реакции отмечены штрихом). Таким образом, осуществляется ресинтез аспарагиновой кислоты, участвующей в орнитиновом цикле. Следовательно, можно считать, что синтезированная в цикле мочевина содержит два атома азота из глутамата и карбонильную группу, происходящую из бикарбоната.

Недостаточная активность ферментов (генетический дефект) орнитинового цикла приводит к нескольким видам патологии.

Гипераммониемия типа 1 связана с дефектом фермента карбамоилфосфатсинтетазы 1. При этом дефекте новорожденный погибает в первые сутки жизни вследствие отравления аммиаком.

Активность карбамоилфосфатсинтетазы 1 снижается при гриппе и ряде вирусных респираторных заболеваний.

Чаще встречается гипераммониемия типа 2. При этой форме заболевания дефектен фермент орнитинкарбомоилтрансфераза. В крови возрастает содержание аммиака, глутамина и аланина, в моче появляется оротовая кислота. Заболевание сопровождается снижением толерантности к белкам и гипотонии.

 Существуют ещё три типа наследственных патологий: цитруллинемия, аргининосукцинатурия, и гипераргинемия (соответственно дефектны аргининосукцинатсинтетаза, аргининосукцинатлиаза и аргиназа).

Вопросы к разделу «Окончательное обезвреживание аммиака в организме»

1. Топография орнитинового цикла в организме и клетке. Напишите реакции орнитинового цикла характерные для коркового вещества почки. Подсчитайте биоэнергетику процесса.

2. Докажите, происхождение обоих атомов азота мочевины из глутамата.

3. Ресинтезируйте аспартат из фумаровой кислоты образованной в орнитиновом цикле. Объясните значение этого процесса для организма.