основним механізмом знешкодження аміаку в організмі є біосинтез сечовини . Остання виводиться з сечею в якості головного кінцевого продукту білкового, відповідно амінокислотного, обміну. на частку сечовини доводиться до 80-85% від усього азоту сечі . Основним і, можливо, єдиним місцем синтезу сечовини є печінку . Вперше Г. Кребс і К. Гензеляйт в 1932 р вивели рівняння реакцій синтезу сечовини , Які представлені у вигляді циклу, що отримав в літературі назву орнітінового циклу мочевінообразованія Кребса. Слід зазначити, що в біохімії це була перша циклічна система метаболізму , Опис якої майже на 5 років опеределить відкриття Г. Кребсом іншого метаболічного процесу - циклу трикарбонових кислот (Див. Раніше). Подальші дослідження в основному підтвердили циклічний характер біосинтезу сечовини в печінки . Завдяки дослідженням Г. Коена, С. Ратнер і співр. були уточнені проміжні етапи і ферментні системи, що каталізують утворення сечовини .
Таким чином, весь цикл мочевінообразованія може бути представлений таким чином. На першому етапі синтезується макроергічних з'єднання карбамоілфосфат - метаболічно активна форма аміаку , Яка використовується в якості вихідного продукту для синтезу піримідинових нуклеотидів (відповідно ДНК і РНК ) і аргініну (відповідно білка і сечовини ):
До теперішнього часу відкриті три різних шляхи синтезу карбамоїл-фосфату de novo, каталізують трьома різними ферментами . першу необоротну реакцію каталізує регуляторний фермент - амміакзаві-сімая карбамоілфосфатсінтетази (КФ 6.3.4.16):
реакція вимагаєвитрати двох молекул АТФ , Відкрита в мітохондріях клітин печінки і використовується переважно для синтезу аргініну і сечовини . В цій реакції в якості активного стимулюючого ал-лостеріческого ефектора діє N-ацетілглутамат.
Другу, також необоротну, реакцію каталізує глутамінзавісімая карбамоілфосфатсінтетази (КФ 6.3.5.5):
Дана реакція відкрита в цитоплазмі клітин тварин і вимагає наявності іонів Mg2 +. Слід зазначити, що завдяки включенню гидролитической стадії вона використовується переважно для синтезу піримідинових нуклеотидів (Див. Далі). фермент широко поширений в клітинах тварин.
третю оборотну реакцію каталізує карбаматкіназа (КФ 2.7.2.2):
реакція відкрита у різних мікроорганізмів і, можливо, використовується скоріше для ресинтезу АТФ , Ніж для синтезу карбамоілфосфата.
На другому етапі циклу мочевінообразованія відбувається конденсація карбамоілфосфата і орнитина з утворенням цитруллина; реакцію каталізує орнітин-карбамоілтрансфераза (КФ 2.1.3.3).
На наступній стадії цитрулін перетворюється в аргінін в результаті двох послідовно протікають реакцій . Перша з них, енергозаві-сімая, - це конденсація цитруллина і аспарагінової кислоти з утворенням аргініносукцінат (цю реакцію каталізує аргініносукцінат-синтетаза). Аргініносукцінат розпадається в наступній реакції на аргінін і фумарат за участю іншого ферменту - аргініносукцінатліази. На останньому етапі аргінін розщеплюється на сечовину і орнітин під дією аргінази.
Необхідно підкреслити, що аргіназа міститься в печінки тих тварин, які екскретують з сечею сечовину як основний і кінцевий продукт азотистого обміну. В печінки птахів, наприклад, аргіназа відсутня, оскільки птиці замість сечовини виділяють сечову кислоту . Орні-тинів цикл мочевінообразованія з урахуванням нових даних представлений на рис. 12.5.
Сумарна реакція синтезу сечовини без урахування всіх проміжних продуктів може бути представлена в наступному вигляді:
Дана реакція супроводжується зниженням вільної енергії (ΔG0 = -40 кДж), тому процес завжди протікає в напрямку синтезу сечовини . Слід зазначити, що синтез сечовини енергетично дорого обходиться організму . На синтез однієї молекули сечовини потрібно
Мал. 12.5. орнітіновий цикл синтезу сечовини в печінки .
витрата чотирьох високоенергетичних фосфатних груп: дві молекули АТФ витрачаються на синтез карбамоілфосфата і одна - на освіту аргініноянтарной кислоти , при цьому АТФ розщеплюється на АМФ і РРi, який при гідролізі також утворює дві молекули Рi.
З наведеної схеми процесу мочевінообразованія неважко бачити, що один з атомів азоту сечовини має своїм джерелом вільний аміак (Через карбамоілфосфат); другий атом азоту надходить з ас-партата. аміак утворюється головним чином в процесі глутаматде-гідрогеназной реакції . В процесі поповнення запасів аспартату беруть участь три пов'язані реакції : Спочатку фумарат під дією фумарази приєднує воду і перетворюється в малат, який окислюється за участю малатдегідрогенази з утворенням оксалоацетата; останній в реакції трансаминирования з глутамат знову утворює аспартат.
З огляду на відомі фактичні дані про механізми знешкодження аміаку в організмі , Можна зробити наступний висновок. частина аміаку використовується на біосинтез амінокислот шляхом відновного амінування α-кетокислот по механізму реакції трансаминирования . аміак зв'язується при біосинтезі глутаміну і аспарагина . Деяка кількість аміаку виводиться з сечею у вигляді амонійних солей . У формі креатиніну, який утворюється з креатину і креатинфосфату , Виділяється з організму значна частина азоту амінокислот . Найбільша кількість аміаку витрачається на синтез сечовини , Яка виводиться з сечею в якості головного кінцевого продукту білкового обміну в організмі людини і тварин. Підраховано, що в стані азотистого рівноваги організм дорослого здорової людини споживає і відповідно виділяє приблизно 15 г азоту на добу; з екскретіруемого з сечею кількості азоту на частку сечовини припадає близько 85%, креатиніну - близько 5%, амонійних солей - 3%, сечової кислоти - 1% і на інші форми - близько 6%.
В процесі еволюції живі організми виробили різні типи азотистого обміну. Це аммоніотеліческій тип, при якому головним кінцевим продуктом азотистого обміну є аміак ; він властивий переважно рибам. При уреотеліческом типі обміну основним кінцевим продуктом обміну білків є сечовина ; такий тип характерний для людини і тварин. Урікотеліческій тип характерний для птахів і рептилій; головним кінцевим продуктом даного типу обміну є сечова кислота .
Попередня сторінка | Наступна сторінка
ЗМІСТ
