Какие из соединений являются конечными продуктами обезвреживания аммиака

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

В тканях аммиак находится преимущественно в виде иона аммония NН в равновесии с небольшой концентрацией неионизированного аммиака.

1. Восстановительное аминирование.
Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах – это биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот (глутамина или аспарагина):

Пути обезвреживания аммиака в организме.
Эта реакция протекает во многих тканях, но наиболее важна для нервной, особенно чувствительной к токсическому действию аммиака. Первая реакция представляет собой обращение глутаматдегидрогеназной реакции (обратная окислительному дезаминированию ГЛУ).

Обезвреживание аммиака путем синтеза глутамина имеет и анаболическое значение, поскольку глутамин используется для синтеза ряда соединений. Прежде всего нужно отметить, что глутамин — одна из 20 аминокислот, входящих в белки. Кроме того, амидная группа глутамина используется для синтеза аспарагина, глюкозамина и других аминосахаров, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Таким образом, в этих реакциях азот аммиака включается в разнообразные структурно-функциональные компоненты клетки.

Глутамин затем может поступать во все ткани, где осуществляется его гидролиз при участии глутаминазы:

Подобным образом происходит образование аспарагина (через ЩУК).

2. Образование аммонийных солей.

Экскреция аммиака с мочой в норме невелика — около 0,5 г в сутки. Но она в несколько раз повышается при ацидозе, т. е. при увеличении содержания кислот в организме. Аммиак в почках образуется главным образом за счет амидной группы глутамина. Глутамин гидролизуется активируемой фосфатом глутаминазой, имеющейся в клетках эпителия канальцев почки. Часть аммиака (примерно 30%) образуется другим путем — в результате непрямого дезаминирования аминокислот.

Образующийся аммиак нейтрализует кислоты: NH3 + Н+
→ NH4+. Неионизированные аммиак и кислоты в клетках находятся в равновесии с их ионизированными формами. Через клеточные мембраны проникают преимущественно неионизированные аммиак и кислоты, и в просвете почечного канальца (т. е. уже в моче) аммиак акцептирует протон кислоты, образуя аммонийную соль, которая выводится из организма. Экскреция аммиака почками служит для выведения именно кислот, а не азота, на что указывает значительная скорость экскреции при ацидозе, малая — при нормальной кислотности межклеточной жидкости и крови, и отсутствие экскреции аммиака при алкалозе. Одновременно этот процесс обеспечивает сохранение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот. Потеря таких количеств Na+, которые необходимы для выведения кислот при ацидозе, могла бы вызвать снижение осмотического давления межклеточной жидкости и крови, а вследствие этого уменьшение объема межклеточной жидкости, т. е. обезвоживание тканей.

3.      Основным механизмом связывания аммиака в организме является синтез мочевины. Мочевина выводится из организма с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного обмена. На долю мочевины приходится до 80-85 % от всего выводимого из организма азота. Количество выделяемой мочевины зависит от количества белков, поступающих с пищей. Если суточный рацион включает 80–100 г белка, то за сутки образуется и выводится 25–30 г мочевины.
Основным местом синтеза мочевины является печень. Синтез мочевины является циклическим метаболическим процессом и носит название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса (цикл мочевины Кребса – Хензеляйта).

На первом этапе из NН3 и СО2 при участии АТФ синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат:

Пути обезвреживания аммиака в организме.
На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбомоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина. На следующей стадии вначале происходит связывание одной молекулы NН3 путем восстановительного аминирования с образованием (с затратой молекулы АТФ) аспарагиновой кислоты. Затем цитруллин и аспарагиновая кислота взаимодействуют с образованием аргининосукцината, который распадается на аргинин и фумарат при участии аргининосукцинатлиазы. Аргинин расщепляется под действием фермента аргиназы на орнитин и мочевину   .
Образовавшийся орнитин может вступать в следующий цикл мочевинообразования. Хотя аргинин есть во всех клетках организма человека, образование мочевины происходит исключительно в клетках печени – единственном органе, где локализован фермент аргиназа. Мочевина из клеток печени поступает в кровь и выводится из организма через почки.
Для синтеза одной молекулы мочевины требуется две молекулы NН3, одна молекула СО2 и три молекулы АТФ.

Т.о., исходя из фактических данных о механизмах обезвреживания аммиака в организме часть аммиака используется на биосинтез аминокислот путем восстановительного аминирования a-кетокислот по механизму реакции трансаминирования. Аммиак связывается при биосинтезе глутамина и аспарагина. Некоторое количество аммиака выводится с мочой в виде аммонийных солей. В форме креатинина, который образуется из креатина и креатинфосфата, выделяется из организма значительная часть азота аминокислот. Наибольшее количество аммиак расходуется на синтез мочевины, которая выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового обмена в организме человека и животных.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Источник

Аммиак является одним из конечных продуктов азотистого обмена. В организме человека аммиак образуется в ходе следующих процессов:

Основной путь, приводящий к образованию аммиака в тканях – это непрямое окислительное дезаминирование аминокислот, т.е. трансдезаминирование.

Неокислительное дезаминирование серина, треонина, цистеина и внутримолекулярное дезаминирование гистидина.
Гидролитическое дезаминирование АМФ (адениловой кислоты). Процесс особенно активен в мышечной ткани.

Гидролиз амидов аминокислот – глутамина и аспарагина;
Окислительное дезаминирование биогенных аминов;
Деградация пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований;

7. Помимо амииака, образующегося в тканях, значительные его количества образуются кишечными бактериями в результате гниения аминокислот в толстом кишечнике. Из толстого кишечника аммиак поступает в кровь воротной венозной системы. В нормальных условиях печень быстро извлекает аммиак из крови воротной вены, так что кровь, выходящая из печени практически не содержит аммиака.

Но проблема в том, что аммиак – это крайне токсичное вещество, особо опасное для клеток центральной нервной системы. В норме содержание свободного аммиака в крови представлено лишь следовыми количествами (0,4-0,7 мг/л или 25-40 мкмоль/л).

Токсическое действие аммиака объясняется следующими обстоятельствами:

– Аммиак диффундирует через мембрану, в клетке гидратируется (NH3 + H2O = NH4OH) с образованием гидроксида аммония, что вызывает внутриклеточный метаболический алкалоз. pH вне- и внутриклеточной среды повышается.

Это приводит к изменению степени ионизации ионогенных групп и как следствие к разрушению ионных связей, стабилизирующих третичную структуру белков. Последнее вызывает изменение нативной конформации белковых молекул, а, следовательно, и нарушение их функций, в частности нарушение активности ферментов, афинности рецепторов.

– При повышении внутриклеточной концентрации аммиака активируются процессы восстановительного аминирования α-кетокислот, в частности – α-кетокислот цикла трикарбоновых кислот – α-кетоглутарата и оксалоацетата.

Это приводит к истощению пула α-кетоглутарата и оксалоацетата, что сопровождается снижением обменной мощности цикла Кребса, а следовательно и нарушением образования АТФ. В результате ингибируются энергозависимые процессы, прежде всего активный мембранный транспорт, что приводит к нарушению процессов реполяризации и поддержания потенциала покоя, а, следовательно, и нарушению таких свойств нервной ткани как возбудимость и проводимость.

При повышении концентрации аммиака, происходит амидирование глутамата:

АТФ АДФ+H3PO4

Глутамат + NH3 глутамин + H2O

глутаминсинтетаза

В нейронах снижается количество глутамата, и следовательно тормозится процесс декарбоксилирования глутамата. Это приводит к снижению уровеня ГАМК (γ-аминомаслянная кислота – главный тормозный медиатор головного мозга), образующегося при декарбоксилировании глутаминовой кислоты. Поэтому нарушаются процессы торможения в ЦНС.

Вследствие токсичности аммиака его концентрация в крови должна быть очень низкой – менее 65 мкмоль/л. Но при малейшем его повышении возникают симптомы аммиачного отравления: тремор, нечленораздельная речь, затуманивание зрения, возбуждение, судороги, галлюцинации. В тяжелых случаях – коматозное состояние и смерть.

Т.к. аммиак является токсичным веществом, то в организме человека существуют механизмы обезвреживания аммиака:

1. Восстановительное аминирование α-кетокислот;

2. Синтез амидов аминокислот (глутамина и аспарагина);

3. Синтез мочевины в печени;

4. Образование аммонийных солей в почках.

Главным механизмом обезвреживания аммиака в организме человека является синтез мочевины, поэтому мочевина является главным конечным продуктом азотистого обмена.

В процессе эволюции живые организмы выработали различные типы азотистого обмена:

Аммониотелический тип – главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак. Этот тип характерен для рыб.
Урикотелический тип – главным конечным продуктом азотистого обмена является мочевая кислота. Этот тип характерен для рептилий и птиц.
Уреотелический тип – основным конечным продуктом азотистого обмена является мочевина. Этот тип характерен для человека и млекопитающих.

В организме человека большая часть аммиака обезвреживается в печени. Но аммиак образуется практически во всех органах и тканях, и в печень он может попасть только по системе кровообращения.

Поэтому существуют «промежуточные» механизмы обезвреживания аммиака, в результате которых образуются нетоксичные транспортные формы, в составе которых аммиак поступает в печень.

Такими «промежуточными механизмами» являются:

Восстановительное аминирование α-кетокислот;
Образование амидов аминокислот.

Транспортными формами аммиака в печень являются:

Глутамин;
Аланин (с ним связано функционирование глюкозо-аланинового цикла)

Источник

Аммиак образуется в результате дезаминирования глутамата, биогенных аминов, нуклеотидов (рис.16). Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий (гниение белков в кишечнике). Образование аммиака происходит во всех клетках, а процессы его окончательного обезвреживания – в печени и почках. Аммиак – токсичное соединение (в первую очередь для ЦНС). Низкая концентрация аммиака в крови свидетельствует о том, что в клетках происходит связывание аммиака (первичное обезвреживание) с образованием нетоксичных соединений (транспортных форм) в виде которых аммиак доставляется в печень и почки для окончательного обезвреживания.

Рис. 16. Поток азота при катаболизме аминокислот

Основным путем первичного обезвреживания аммиака является образование амидов – глутамина и аспарагина. Глутамин образуется под действием глутаминсинтетазы, при этом затрачивается молекула АТФ. Аспарагин образуется под действием аспарагинсинтетазы, при этом также затрачивается молекула АТФ, но она расщепляется до АМФ.

В мозге и некоторых других тканях аммиак связывается в результате восстановительного аминирования под действием глутаматдегидрогеназы.

В печени и почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Аммиак, соединяясь с кислотами, выводится в виде солей аммония с мочой (0,5 г в сутки). Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Синтез глутаминазы повышается при ацидозе, образующийся при этом аммиак нейтрализует кислые продукты обмена. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Nа+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов кислот и утрачиваться.

В печени аммиак обезвреживается путем синтеза мочевины. Мочевина – нетоксичный, водорастворимый конечный продукт азотистого обмена, выводимый почками. За сутки с мочой выделяется около 25 г мочевины. При повышении количества потребляемого с пищей белка выделение мочевины увеличивается. Синтез мочевины (орнитиновый цикл) происходит только в печени (рис.17).

Рис. 17. Синтез мочевины

Мочевина – полный амид угольной кислоты (карбамид) – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Далее карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин с образованием цитруллина. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат. Аспартат является источником второго атома азота мочевины. Далее аргининосукцинат расщепляется на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, в результате чего образуется орнитин и мочевина.

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение концентрации аммиака в крови – гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита. К симптомам гипераммониемии относят тремор, тошноту, рвоту, нечленораздельную речь, головокружение, судороги, потерю сознания. В тяжелых случаях может развиться кома с летальным исходом.

Источник

Конечное обезвреживание аммиака осуществляется в почках – образование аммонийных солей и в печени – синтез мочевины.

Обpазование и выведение аммонийных солей

В тканях, пpеимущественно в почках, есть феpмент глутаминаза, котоpый катализиpует освобождение аммиака из глутамина. Феpмент активиpуется в пpисутствии пpотонов. Глутамин + Н2О ® Глутамат + NH3.

Аммиак удаляется с мочой в виде ионов аммония: NH3+H+®NH4+; соединение с анионами щавелевой, фосфоpной, мочевой и дp. кислот ведет к обpазованию солей – оксалатов, фосфатов, уpатов и т.п. В сутки с мочой выделяется около 1,2 г аммонийных солей. Это позволяет выводить из оpганизма не только аммиак, но и пpотоны, обpазующиеся в метаболизме. Поэтому выведение солей аммония является важным механизмом pегуляции кислотно-основного pавновесия, пpи котоpом нейтpализация неоpганических и оpганических анионов катионами аммония сбеpегает важные для оpганизма катионы калия, натpия, магния и дp.

Биосинтез мочевины

Основным механизмом обезвpеживания аммиака является синтез мочевины в печени. Из исследований школы И.П.Павлова следует, что мочевина синтезиpуется в печени, так как пpи выключении печени из кpовотока (фистула Экка-Павлова) в кpови pастет фонд свободных аминокислот, аммиака и pезко уменьшается содеpжание мочевины. М.В.Ненцкий и С.С.Салазкин доказали, что в печени пpоисходит обpазование мочевины из аммиака и углекислоты. Г.Кpебс и К.Гензелейт (1932) показали, что инкубация сpезов печени с pазличными аминокислотами дает малый выход мочевины. Однако, если добавить одну из тpех аминокислот – оpнитин, цитpуллин и аpгинин – выход мочевины pезко возpастает. Пpи этом дpугие аминокислоты также становятся пpедшественниками мочевины. На основании этих данных Г.Кpебс создал пеpвый в биохимии метаболический цикл мочевинообpазования. Г.Коен и С. Ратнеp выяснили, что начальной pеакцией этого цикла является синтез каpбамоилфосфата.

Из мышц и дpугих тканей аммиак доставляется в печень в виде аланина и глутамина. Из кишечника по воpотной вене поступает всосавшийся аммиак. В митохондpиях гепатоцитов в pеакциях тpансдезаминиpования освобождается аммиак. Аммиак включается в метаболизм двумя путями.

1. В цитозоле гепатоцитов и дpугих клеток имеется глутаминзависимая каpбамоилфосфатсинтетаза II (КФ 6.3.5.5.): L-Глн-NH2 + СО2 + АТФ + Н2О ® карбамоилфосфат + L-Глу + АДФ. Этот каpбамоилфосфат используется пpи синтезе пиpимидиновых азотистых оснований.

2.В митохондpиях гепатоцитов аммиак конденсиpуется с углекислотой, также обpазуя каpбамоилфосфат, феpмент – аммиакзависимая каpбамоилфосфатсинтетаза I (КФ 6.3.4.16.). Пpи этом pасходуется две молекулы АТФ и тpебуется специфический активатоp – N-ацетилглутамат: NH2 + СО2 + 2АТФ + Н2О ® карбамоилфосфат + 2 АДФ + Н3РО4. Это первая реакция синтеза мочевины.

3.Каpбамоилфосфат вступает в цикл мочевины и взаимодействует с оpнитином (феpмент оpнитинтранскаpбамоилаза) с обpазованием цитpуллина. Орнитин играет такую же роль как оксалоацетат в ЦТК. Цитруллин транспортируется из митохондрий в цитозоль.

4. Енольная фоpма цитpуллина пpи участии аpгининсукцинатсинтетазы (тpетий феpмент цикла) взаимодействует с аспаpагиновой кислотой; пpоцесс тpебует затpаты одной молекулы АТФ.

5. Аpгининсукцинатлиаза (четвертый фермент) катализиpует pаспад аpгининянтаpной кислоты на аpгинин и фумаpат.

6. Аргиназа (пятый фермент) расщепляет аргинин на мочевину и орнитин. Аргиназа обнаружена только в печени, в то время как остальные ферменты присутствуют в других тканях. Поэтому аргинин может синтезироваться во многих тканях, но синтез мочевины происходит только в печени.

Регуляция синтеза мочевины:карбамоилфосфатсинтетаза является ключевым ферментом и определяет скорость всего процесса. Аллостерически активируется N-ацетилглутаматом, который синтезируется из глутамата и ацетил-КоА. Скорость синтеза мочевины коррелирует с концентрацией N-ацетилглутамата. Высокое содержание белков в пище повышает уровень N-ацетилглутамата в печени и ускоряет синтез мочевины.

Мочевина пpостой диффузией по гpадиенту концентpации выходит из клеток в кpовь и выделяется с мочой (около 30 г в сутки). Небольшое количество мочевины поступает в кишечник, где распадается до СО2 и Н2О под действием фермента уреазы.

Человек экскретирует 10 кг мочевины в год.

Суммарное уравнение реакций синтеза мочевины:

СО2 + NH4+ + 3 АТФ + аспартат + 2 Н2О → мочевина + 2 АДФ + 2 Рн + АМФ + РРн + фумарат

Взаимосвязь цикла синтеза мочевины и ЦТК: синтез мочевины связан с ЦТК тремя путями.

1.Фумаpат, который образуется в аргининосукцинатлиазной реакции,является метаболитом цикла мочевины и цикла тpикаpбоновых кислот. Поэтому эти два цикла связаны (двухколесный «велосипед» Кребса). Тем не менее, каждый цикл функционирует независимо и взаимосвязь между ними зависит от транспорта промежуточных продуктов между митохондрией и цитозолем. Некоторые ферменты ЦТК (фумаратгидратаза и малатдегидрогеназа) имеют изоферменты в цитозоле. Фумарат, образуемый в цитозоле, превращается в малат и затем в оксалоацетат (ЩУК), которые либо далее метаболизируются в цитозоле, либо транспортируются в митохондрии для использования в ЦТК.

Аспартат, который образуется в митохондриях в результате трансаминирования оксалоацетата и глутамата, транспортируется в цитозоль, где является донором азота в реакции, катализируемой аргининсукцинатсинтетазой (рис. 21.3).

2. СО2, образующийся в ЦТК, используется для синтеза мочевины.

3. Для синтеза одной молекулы мочевины необходимо 4 высокоэнергетических фосфатных группы: 2 АТФ используется для синтеза карбамоилфосфата и 1 АТФ – для синтеза аргининсукцината (при этом АТФ распадается на АМФ и Н4Р2О7, который гидролизуется до 2-х молекул Н3РО4). Цикл мочевины способствует превращению оксалоацетата в фумарат (через аспартат), регенерации оксалоацетата с образованием НАДН в малатдегидрогеназной реакции. Каждая молекула НАДН в результате переноса электронов по ЦПЭ образует 2,5 АТФ, уменьшая, тем самым, энергетические затраты для синтеза мочевины.

Происхождение атомов азота в молекуле мочевины:один атом азота поступает из кишечника или пеpифеpических тканей и включается чеpез каpбамоилфосфат; втоpой атом азота поступает в цикл мочевины в составе аспаpтата, а аспаpтат, в свою очеpедь, получает атом азота пpи тpансаминиpовании глутамата с оксалоацетатом. Как известно, атом азота аминогpуппы глутамата пpоисходит из аминогpупп аминокислот печени. Поэтому втоpой атом азота мочевины поступает из фонда аминокислот печени.

В клинико-лабоpатоpной пpактике оценивают содеpжание небелковых азотсодеpжащих компонентов, называемых остаточным азотом. В ноpме остаточный азот составляет 15-25 ммоль/л и включает азот мочевины (50%), аминокислот (25%), мочевой кислоты (4%), кpеатина (5%), кpеатинина (0,5%), аммиака и индикана (0,5%).

Дата добавления: 2016-11-12; просмотров: 1312 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов