Катаболизм аминокислот в тканях происходит постоянно со скоростью примерно 100 г/сут. При этом в результате дезаминирования аминокислот освобождается большое количество аммиака. Значительно меньшие количества его образуются при дезаминировании биогенных аминов и нуклеотидов.
Основные источники аммиака в клетке: аминокислоты, биогенные амины, АМФ.
Аммиак – токсичное для организма вещество!
Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах, является биосинтез глутамина. Основной реакцией связывание аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы:
Глутамин, кроме того, используется почками в качестве резервного источника аммиака, необходимого для нейтрализации кислых продуктов обмена при ацидозе, защищая тем самым организм от потери с мочой ионов Na+, которые в противном случае использовались бы для поддержания физиологического значения pH крови и мочи при ацидозе.
Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагина под действием аспарагинсинтетазы:
В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование α-кетоглутарата под действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию. Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, т.к. глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, т.к. способствует связыванию сразу 2 молекул NH3:
Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, т.к. активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Образование аланина в этих органах можно представить следующей схемой:
Глюкозо-аланиновый цикл
Основной источник аммиака – аминокислоты. Большая часть образовавшегося аммиака обезвреживается в орнитиновом цикле в печени и выделяется в виде мочевины. Основной реакцией обезвреживания аммиака в тканях является синтез глутамина, который затем используется в анаболических процессах и для обезвреживания веществ в печени.
Ферменты глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза являются регуляторными и обусловливают скорость процессов образования и обезвреживания аммиака.
Мочевина (карбамид) – полный амид угольной кислоты – содержит 2 атома азота: NH2―C―NH2.
║
O
Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I:
Далее под действием орнитин-карбомоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на α-аминокислоту орнитин, и образуется другая α-аминокислота – цитруллин:
В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат. Этот фермент нуждается в ионах Mg2+. В реакции затрачивается 1 моль АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей.
Аспартат – источник второго атома азота мочевины:
Далее фермент аргининосукцинатлиаза расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина:
Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуется орнитин и мочевина.
Кофакторами аргиназы являются ионы Са2+ и Mn2+.
Высокие концентрации орнитина и лизина, являющихся структурными аналогами аргинина, подавляют активность этого фермента:
Суммарное уравнение синтеза мочевины
Орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта
Окислительное дезаминирование глутамата происходит в митохондриях. Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата и орнитина с помощью специфических транслоказ.
На схеме показаны пути включения азота двух разных аминокислот (аминокислота 1 и аминокислота 2) в молекулу мочевины: * одна аминогруппа – в виде аммиака в матриксе митохондрии; * вторую поставляет аспартат цитозоля.
Биологическая роль орнитинового цикла Кребса-Гензелейта
Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции:
• превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсических продуктов, главным образом амиака;
• синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.
Регуляторные стадии процесса – синтез карбамоилфосфата, синтез цитруллина и заключительная стадия, катализируемая аргиназой.
Взаимосвязь орнитинового цикла и общего пути катаболизма
Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата.
Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины.
15.
