Кировская государственная медицинская академия Кафедра биологической химии Лекция: КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ АЗОТИСТОГО ОБМЕНА. КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ АЗОТИСТОГО ОБМЕНА. БИОСИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ Зав. кафедрой: доктор медицинских наук, профессор Цапок Петр Иванович

План лекции 1. Конечные продукты азотистого обмена: соли аммония, мочевина и мочевая кислота. 1. Конечные продукты азотистого обмена: соли аммония, мочевина и мочевая кислота. 2. Обезвреживание аммиака: синтез глутамина и карбамилфосфата, восстановительное аминирование 2- оксоглутарата. 2. Обезвреживание аммиака: синтез глутамина и карбамилфосфата, восстановительное аминирование 2- оксоглутарата. 3. Глутамин как донор амидной группы при синтезе ряда соединений. Глутаминаза почек, образование и выведение солей аммония. Адаптивная активация глутаминазы почек при ацидозе. 3. Глутамин как донор амидной группы при синтезе ряда соединений. Глутаминаза почек, образование и выведение солей аммония. Адаптивная активация глутаминазы почек при ацидозе.

План лекции 4. Биосинтез мочевины. 4. Биосинтез мочевины. 5. Связь орнитинового цикла с превращениями фумаровой и аспарагиновой кислот; происхождение атомов азота мочевины. 5. Связь орнитинового цикла с превращениями фумаровой и аспарагиновой кислот; происхождение атомов азота мочевины. 6. Биосинтез мочевины как механизм предотвращения образования аммиака. Уремия. 6. Биосинтез мочевины как механизм предотвращения образования аммиака. Уремия.

КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ : АММИАК КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ : АММИАК Деградация аминокислот происходит преимущественно в печени. При этом непосредственно или косвенно освобождается аммиак. Значительные количества аммиака образуются при распаде пуринов и пирамидинов. Деградация аминокислот происходит преимущественно в печени. При этом непосредственно или косвенно освобождается аммиак. Значительные количества аммиака образуются при распаде пуринов и пирамидинов.

ТОКСИЧНОСТЬ АММИАКА Аммиак - NH 3 является клеточным ядом. При высоких концентрациях он повреждает главным образом нервные клетки (гепатаргическая кома). Аммиак - NH 3 является клеточным ядом. При высоких концентрациях он повреждает главным образом нервные клетки (гепатаргическая кома). В норме распад 70 г АК в сутки ведет к концентрации NH 3 в крови 60 мкмоль/л, что в 100 раз меньше концентрации глюкозы в крови. В норме распад 70 г АК в сутки ведет к концентрации NH 3 в крови 60 мкмоль/л, что в 100 раз меньше концентрации глюкозы в крови.

Токсичность аммиака В опытах на кроликах концентрация В опытах на кроликах концентрация NH 3 3 ммоль/л вызывала смерть! NH 3 3 ммоль/л вызывала смерть! Причины токсичности: Причины токсичности: 1. при рН крови в виде NH 4 +, проникает через плазм. и МХ мембраны с большим трудом. 1. при рН крови в виде NH 4 +, проникает через плазм. и МХ мембраны с большим трудом.

Нейтр. мол. своб. NH 3 легко проходят эти мембраны. При рН 7.4 только 1% NH 3 от общего количества аммиака проникает в клетки мозга и МХ. Нейтр. мол. своб. NH 3 легко проходят эти мембраны. При рН 7.4 только 1% NH 3 от общего количества аммиака проникает в клетки мозга и МХ.

Причины токсичности 2. NH 3 + а-КГ + НАДФН NH 3 + а-КГ + НАДФН 2 - Глу Н 2 О Глу + НАДФ + Н 2 О Отток альфа- КГ из фонда ЦТК и как следствие – снижение скорости окисления глюкозы

Токсичность аммиака Аммиак настолько токсичен, что должен быть немедленно удален посредством того или иного экскреторного механизма, либо путем включения в какое-то другое азотсодержащее соединение, не обладающее подобной токсичностью. Аммиак настолько токсичен, что должен быть немедленно удален посредством того или иного экскреторного механизма, либо путем включения в какое-то другое азотсодержащее соединение, не обладающее подобной токсичностью.

Механизмы детоксикации аммиака 1. Синтез глутамина: Глн, аспарагина: Асн. 1. Синтез глутамина: Глн, аспарагина: Асн. 2. Синтез мочевины. 2. Синтез мочевины. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 4. Амидирование белков. 4. Амидирование белков.

Механизмы детоксикации аммиака 5. Синтез пурин. и пирамид. структур. 5. Синтез пурин. и пирамид. структур. 6. Нейтрализация в почках кислотами и выделение с мочой аммонийных солей. 6. Нейтрализация в почках кислотами и выделение с мочой аммонийных солей.

Обезвреживание аммиака В организмах автотрофов большая часть образующегося аммиака может вновь использоваться для синтеза новых клеточных структур. Гетеротрофы же обычно получают с пищей значительное количество белка, усвоение которого легко может привести к накоплению большого количества конечных продуктов азотистого обмена. Удаление этих отходов требует создания соответствующего аппарата. В организмах автотрофов большая часть образующегося аммиака может вновь использоваться для синтеза новых клеточных структур. Гетеротрофы же обычно получают с пищей значительное количество белка, усвоение которого легко может привести к накоплению большого количества конечных продуктов азотистого обмена. Удаление этих отходов требует создания соответствующего аппарата.

Обезвреживание аммиака Организм, живущий в водной среде, может выделять аммиак непосредственно, поскольку он будет немедленно разбавлен водой, не оказывая никакого или почти никакого вредного влияния на клетки. Экскреция аммиака у животных, обитающих в засушливых областях, потребовала бы для его разведения использования собственных водных ресурсов. Организм, живущий в водной среде, может выделять аммиак непосредственно, поскольку он будет немедленно разбавлен водой, не оказывая никакого или почти никакого вредного влияния на клетки. Экскреция аммиака у животных, обитающих в засушливых областях, потребовала бы для его разведения использования собственных водных ресурсов. Поэтому у многих видов аммиак превращается в организме в некоторые другие соединения, обладающие меньшей токсичностью. Поэтому у многих видов аммиак превращается в организме в некоторые другие соединения, обладающие меньшей токсичностью.

Восстановительное аминирование Большинство организмов обладает способностью реутилизировать аммиак за счет реакции, катализируемой глутаматдегидрогеназой. Большинство организмов обладает способностью реутилизировать аммиак за счет реакции, катализируемой глутаматдегидрогеназой. А-Кетоглутарат + NH3 + НАДФН.Н+ А-Кетоглутарат + NH3 + НАДФН.Н+ Глутамат + НАДФ+. Глутамат + НАДФ+. Это восстановительное аминирование. Это восстановительное аминирование. Однако все же некоторая часть образовавшегося аммиака остается неиспользованной и в конце концов выводится из организма беспозвоночных и позвоночных либо в свободном виде, либо в форме мочевой кислоты, либо в форме мочевины. Однако все же некоторая часть образовавшегося аммиака остается неиспользованной и в конце концов выводится из организма беспозвоночных и позвоночных либо в свободном виде, либо в форме мочевой кислоты, либо в форме мочевины.

Восстановительное аминирование

Биосинтез глутамина

Глутаминаза

Синтез аспарагина

МОЧЕВИНА МОЧЕВИНА У человека инактивация аммиака осуществляется прежде всего за счет синтеза мочевины, часть NH 3 выводится непосредственно почками. У человека инактивация аммиака осуществляется прежде всего за счет синтеза мочевины, часть NH 3 выводится непосредственно почками.

АММОНИОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ У разных видов позвоночных инактивация и выведение аммиака производятся различными способами. Живущие в воде животные выделяют аммиак непосредственно а воду; например, у рыб он выводится через жабры (аммониотелические организмы). У разных видов позвоночных инактивация и выведение аммиака производятся различными способами. Живущие в воде животные выделяют аммиак непосредственно а воду; например, у рыб он выводится через жабры (аммониотелические организмы).

УРЕОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ Наземные позвоночные, в том числе человек, выделяют лишь небольшое количество аммиака, а основная его часть превращается в мочевину (уреотелические организмы). Наземные позвоночные, в том числе человек, выделяют лишь небольшое количество аммиака, а основная его часть превращается в мочевину (уреотелические организмы).

УРИКОТЕЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ Птицы и рептилии, напротив, образуют мочевую кислоту, которая в связи с экономией воды выделяется преимущественно в твердом виде (урикотелические организмы). Птицы и рептилии, напротив, образуют мочевую кислоту, которая в связи с экономией воды выделяется преимущественно в твердом виде (урикотелические организмы).

Синтез мочевины Мочевина в противоположность аммиаку это нейтральное и нетоксичное соединение. Небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны, а также из-за ее хорошей растворимости в воде мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой. Мочевина в противоположность аммиаку это нейтральное и нетоксичное соединение. Небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны, а также из-за ее хорошей растворимости в воде мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой.

СТАДИИ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени. Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени. Оба атома азота берутся из свободного аммиака и за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа из гидрокарбоната. Оба атома азота берутся из свободного аммиака и за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа из гидрокарбоната.

Первая реакция На первой стадии, реакция [1], из гидрокарбоната (НСО3-) и аммиака с потреблением 2 молекул АТФ образуется карбамилфосфат. На первой стадии, реакция [1], из гидрокарбоната (НСО3-) и аммиака с потреблением 2 молекул АТФ образуется карбамилфосфат.

Синтез карбамилфосфата

Вторая стадия Вторая стадия На следующей стадии, реакция [2], карбамоильный остаток переносится на орнитин с образованием цитруллина. Для этой реакции вновь необходима энергия в форме АТФ, который при этом расщепляется на АМФ и дифосфат. На следующей стадии, реакция [2], карбамоильный остаток переносится на орнитин с образованием цитруллина. Для этой реакции вновь необходима энергия в форме АТФ, который при этом расщепляется на АМФ и дифосфат.

Синтез цитруллина

Третья стадия Вторая аминогруппа молекулы мочевины поставляется за счет реакции аспартата с цитруллином [3]. Вторая аминогруппа молекулы мочевины поставляется за счет реакции аспартата с цитруллином [3].

Синтез аргининосукцината

СТАДИИ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Для обеспечения необратимости реакции дифосфат гидролизуется полностью. Отщепление фумарата от аргининосукцината приводит к аргинину [4],

Четвертая стадия

Пятая стадия из которого в результате гидролиза образуется мочевина [5]. Остающийся орнитин вновь включается в цикл мочевины. из которого в результате гидролиза образуется мочевина [5]. Остающийся орнитин вновь включается в цикл мочевины.

Пятая стадия

ВЕЛОСИПЕД КРЕБСА Фумарат, образующийся в цикле мочевины, может в результате двух стадий цитратного цикла [6, 7] через малат переходить в оксалоацетат, который за счет трансаминирования [9] далее прекращается в аспартат. Последний также вновь вовлекается в цикл мочевины. Фумарат, образующийся в цикле мочевины, может в результате двух стадий цитратного цикла [6, 7] через малат переходить в оксалоацетат, который за счет трансаминирования [9] далее прекращается в аспартат. Последний также вновь вовлекается в цикл мочевины.

Регенерация аспартата

Взаимосвязь цикла мочевинообразования и ЦТК

ЭНЕРГОЗАВИСИМЫЙ ПРОЦЕСС Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. Энергия поставляется за счет расщепления четырех высокоэнергетических связей: двух при синтезе карбамилфосфата и двух (!) при образовании аргининосукцината (АТФ АМФ + PPi, РРi 2Pi). Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. Энергия поставляется за счет расщепления четырех высокоэнергетических связей: двух при синтезе карбамилфосфата и двух (!) при образовании аргининосукцината (АТФ АМФ + PPi, РРi 2Pi).

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ Цикл мочевины протекает исключительно в печени. Он разделен на два компартмента: митохондрии и цитоплазму. Прохождение через мембрану промежуточных соединений цитруллина и орнитина возможно только с помощью переносчиков. Цикл мочевины протекает исключительно в печени. Он разделен на два компартмента: митохондрии и цитоплазму. Прохождение через мембрану промежуточных соединений цитруллина и орнитина возможно только с помощью переносчиков.

АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Скорость синтеза мочевины определяется первой реакцией цикла [1]. Карбамоилфосфатсинтаза активна только в присутствии N- ацетилглутамата. Состояние обмена веществ (уровень аргинина, энергоснабжение) сильно зависит от концентрации этого аллостерического эффектора. Скорость синтеза мочевины определяется первой реакцией цикла [1]. Карбамоилфосфатсинтаза активна только в присутствии N- ацетилглутамата. Состояние обмена веществ (уровень аргинина, энергоснабжение) сильно зависит от концентрации этого аллостерического эффектора. Скорость синтеза мочевины определяется первой Скорость синтеза мочевины определяется первой

Наследственные нарушения орнитинового цикла и их симптомы

Включение безазотистого остатка АК в ЦТК

Пути биосинтеза заменимых АК

Глюкозо-аланиновый цикл

Обмен аммиака