Конечные продукты азотистого обмена (белкового). Дидактический материал продукты выделения животных Конечный продукт азотистого обмена у человека является

Азотистый обмен - совокупность химических превращений азотсодержащих веществ в организме.

Азотистый обмен включает обмен простых и сложных белков, нуклеиновых кислот, продуктов их распада (пептидов, аминокислот и нуклеотидов), содержащих азот жироподобных веществ (липидов), аминосахаров, гормонов, витаминов и другое.

Для нормального течения процессов жизнедеятельности организм должен быть обеспечен необходимым количеством усвояемого азота. Главнейшей составной частью и основным источником азота пищи человека являются белковые вещества (см. Белки).

Суточная норма белка в питании взрослого человека, принятая в СССР, составляет 100 г белка или 16 г белкового азота при трате энергии в 2500 ккал. Однако и значительно меньшие количества белка могут обеспечить азотистое равновесие, то есть состояние, при котором количества вводимого и выводимого азота одинаковы. После приема белковой пищи основной обмен (см. Обмен веществ и энергии) повышается больше, чем это обусловлено калорийной ценностью белка. Это явление получило наименование «специфически динамическое действие» белковой пищи. Механизм этого явления не вполне ясен. По-видимому, некоторые аминокислоты - продукты расщепления белка - участвуют в реакциях, связанных с гидролизом АТФ и образованием АДФ, обусловливая повышенное потребление кислорода.

При общем голодании или при недостаточном азотистом питании количество выводимого с мочой и калом азота превышает количество вводимого с пищей - состояние отрицательного азотистого баланса. В том случае, когда количество вводимого азота превышает количество выводимого, наступает состояние положительного азотистого баланса, что характерно для растущего организма, при процессах регенерации и так далее.

При составлении или оценке рациона питания необходимо учитывать полноценность белков, характеризующуюся содержанием в них незаменимых аминокислот, то есть таких, которые не могут образоваться из других соединений в организме (см. Аминокислоты).

Суточная потребность организма человека в различных незаменимых аминокислотах неодинакова (табл. 1).

Таблица 1. Потребность взрослого человека в незаменимых аминокислотах (в г за сутки)

Переваривание белков и других азотсодержащих веществ

Для высокоорганизованных позвоночных животных, в том числе и для человека, началом процессов азотистого обмена следует считать переваривание в желудочно-кишечном тракте простых и сложных белков, а также других сложных азотистых соединений с последующим всасыванием продуктов их расщепления.

Переваривание белков начинается в желудке под влиянием ферментов пепсина (см.) и гастриксина, вырабатываемых в слизистой оболочке желудка в неактивной форме - в виде зимогенов (проферментов).

Кислая среда, необходимая для активации зимогенов, обеспечивается соляной кислотой, секретируемой железами слизистой оболочки дна желудка (обкладочные клетки). Пепсин (оптимум рН около 2) и гастриксин (оптимум рН 3-4) представляют собой протеазы - эндопептидазы, которые разрывают пептидные связи между аминокислотами, расположенными внутри пептидных цепей молекулы белка (см. Пептидгидролазы).

При накоплении в желудке пищевой массы, обладающей достаточно кислой реакцией, рефлекторно раскрывается пилорический жом, и пищевая масса порциями поступает в двенадцатиперстную кишку, а затем в нижележащие отделы тонкой кишки, где в дальнейшем расщеплении пептидных связей участвуют ферменты сока поджелудочной железы - трипсин (см.), химотрипсин (см.) и карбоксипептидаза (см.) и ферменты кишечника - амино- и дипептидазы.

Трипсин и химотрипсин относятся к эндопептидазам (оптимум рН около 8,0), карбокси- и аминопептидазы - к экзопептидазам; они расщепляют крайнюю пептидную связь соответственно со стороны свободной карбоксильной и аминогруппы. При образовании дипептидов они расщепляются дипептидазами. Параллельно перевариванию простых белков в тонкой кишке происходит расщепление нуклеопротеидов, а также дезоксирибонуклеиновых (ДНК) и рибонуклеиновых (РНК) кислот.

В результате последовательного проявления гидролитической активности ферментов пищеварительных желез, а также микроорганизмов кишечника простые и сложные белки, а также другие биополимеры распадаются, и продукты распада (низкомолекулярные пептиды, аминокислоты, нуклеотиды, нуклеозиды) всасываются в тонком кишечнике и поступают в кровь.

Параллельно происходит ферментативный распад тканевых белков под влиянием тканевых протеаз - катепсинов (см.) и пептидаз (см. Пептидгидролазы). Образующиеся ори этом продукты распада также попадают в кровь и разносятся во все органы и ткани.

Тканевой обмен аминокислот

Фонд аминокислот, образовавшийся в результате ферментативного расщепления пищевых продуктов или продуктов распада тканей, расходуется на биосинтез белков и многих других соединений, свойственных только данному организму, на энергетические затраты, а также на образование конечных продуктов азотистого обмена, подлежащих выведению (рис. 1).

Участие аминокислот в процессах биосинтеза

Синтез специфических для данного организма белков находится под контролем молекул ДНК, входящих в состав хроматина клеточных ядер.

На одном из тяжей ДНК (в месте ее раскручивания) по закону комплементарности (см. Генетический код) происходит сборка (синтез) информационных, или матричных, РНК (мРНК).

К фиксированным на рибосомах мРНК подходят транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК), несущие на себе предварительно активированные аминокислоты, которые фиксируются на мРНК. Рядом располагаются такие аминокислоты, которые в синтезируемом белке должны быть соединены пептидной связью, чем обеспечивается специфическая первичная структура белков со строго определенным порядком следующих друг за другом аминокислот.

В свою очередь первичная структура предопределяет, если не полностью, то в значительной мере, пространственную конфигурацию, или третичную структуру, белков, в том числе и белков-ферментов.

Выпадение или нарушение какого-либо звена в сложном процессе биосинтеза фермента, осуществляющего определенную реакцию в обмене веществ, может привести к тяжелым патологическим нарушениям. Так, причиной многих наследственных болезней (см.) является выпадение синтеза всего лишь одного белка-фермента (например, гидроксилазы при фенилпировиноградной олигофрении); «ошибка» в первичной структуре У α- или β-цепей гемоглобина, заключающаяся в замене всего лишь одной из 287 аминокислот, приводит к образованию патологических форм гемоглобина с нарушенной функцией присоединения и отдачи кислорода.

Фонд аминокислот используется также при синтезе других соединений.

Например, биосинтез пуриновых нуклеотидов (см. Пуриновые основания), начинающийся с рибозил-5-фосфата, проходит через многочисленные стадии и завершается образованием инозиновой кислоты (инозиновая кислота затем может подвергаться превращениям в адениловую и гуаниловую кислоты). При этом требуется участие глутамина (амида глутаминовой кислоты) в качестве источника азота в 3-м и 9-м положениях, глицина - в 7-м положении и углерода - в 4-м и 5-м положениях. Аспарагиновая к-та - источник азота в 1-м положении:

При последующем образовании адениловой кислоты (см. Аденозинфосфорные кислоты) вновь вовлекается аспарагиновая кислота, азот которой обеспечивает аминогруппу, стоящую при 6-м углеродном атоме пуринового кольца. При синтезе гуаниловой кислоты (см.) аминогруппа при 2-м углеродном атоме берется из глутамина.

из аммиака (NH3), бикарбоната (НСО3-), аденозинтрифосфата (АТФ) как источника энергии и, наконец, N-ацетилглутаминовой кислоты в качестве активатора:

Карбамильная группа карбамилфосфата ферментативно переносится на аспарагиновую кислоту. Через образовавшуюся карбамиласпарагиновую к-ту, дигидрооротовую и оротовую кислоты (рис. 2) образуется оротидиловая кислота, переходящая в уридиловую кислоту и уридинтрифосфат (УТФ). Путем аминирования УТФ образуется цитидинтрифосфат (ЦТФ), причем эта последняя реакция представляет собой регулируемый процесс по закону обратной связи: ЦТФ тормозит образование карбамиласпарагиновой кислоты, а АТФ снимает это торможение. Таким образом, образование пиримидиновых нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот, регулируется соотношением содержания ЦТФ и АТФ.

Помимо образования пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аминокислоты участвуют в образовании многих других физиологически важных соединений.

в результате ряда последовательных ферментативных превращений образуется никотиновая кислота, выполняющая функцию антипеллагрического витамина и участвующая в виде никотинамида в биосинтезе никотпнамидных коферментов НАД и НАДФ.

2. Простейшая аминокислота глицин (CH 2 NH 2 COOH), помимо участия в образовании пуринов, обеспечивает весь азот и ряд атомов углерода при биосинтезе порфиринов, составляющих структурную основу желчных пигментов и небелковой части (простетической группы) железосодержащих хромопротеидов (см.).

Глицин выполняет также роль акцептора амндиновой группы аргинина при синтезе гуанидинуксусной кислоты, N-метилпронзводное которой - креатин (см.) является важной составной -частью скелетной мускулатуры, сердца и мозга, а в виде фосфорилированного продукта (фосфокреатина) обеспечивает резерв богатых энергией фосфорных соединений, необходимых для функциональной активности ткани.

3. Серин участвует в образовании сложного аминоспирта - сфингозина (см. Сфингозины), входящего в состав сфингомиелина (см. Сфинголипиды) - липида, особенно богато представленного в составе мозга и нервной ткани. Серин участвует также в синтезе кофермента (см.) ацетилирования (КоА), ацилпроизводные которого представляют активную форму жирных кислот (см. Жировой обмен), участвующих в различных процессах биосинтеза и окислительного распада.

Таблица 2. Некоторые биологически важные азотистые вещества, образующиеся из аминокислот

В табл. 2 представлены дополнительные сведения об отдельных аминокислотах, являющихся предшественниками некоторых других биологически важных азотистых соединений.

Функциональные группы аминокислот широко вовлекаются в различные реакции обмена веществ.

Прежде всего это относится к аминогруппам, участвующим в реакции переаминирования (см.). Эта реакция, представляющая важнейший путь ферментативного превращения аминокислот, была открыта советскими биохимиками А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман в 1937 году. Она заключается в обратимом ферментативном переносе α-аминогруппы α-аминокислоты на α-углеродный атом α-кетокислоты без промежуточного освобождения аммиака.

В реакциях переаминирования, катализируемых различными трансаминазами, могут участвовать не только аминогруппы α-аминокислот, но и аминогруппы аминов и ω-аминокислот (например, β-аланина, γ-аминомасляной кислоты); акцептировать аминогруппы могут не только α-кетокислоты, но и альдегиды (например, малоновый или янтарный полуальдегиды).

Общая схема реакции переаминирования обычно изображается в следующем виде: Непременным участником обратимой реакции ферментативного переаминирования, выполняющим коферментную функцию, является пиридоксальфосфат (I), а также пиридоксаминфосфат (II), оба - производные витамина В6 (пиридоксина).
Пиридоксальфосфат принимает на себя аминогруппу аминокислоты и через стадии образования шиффовых оснований превращается в пиридоксаминфосфат (II), который передает аминогруппу также через промежуточные стадии на кетокислоту, возвращаясь в первоначальное состояние (I).

Дикарбоновые аминокислоты - глутаминовая и аспарагиновая - наиболее активные участники процесса переаминирования. Под влиянием фермента глутаматдегидрогеназы осуществляется образование глутаминовой кислоты из аммиака и кетоглутаровой кислоты. Аминогруппа глутаминовой кислоты широко транспортируется при участии аминофераз на различные α-кетокислоты и альдегиды, образуя новые аминокислоты и амины. Этим косвенным путем азот аммиака вовлекается в состав многочисленных азотистых органических веществ.

В биосинтезе ряда биологически активных соединений значительная роль принадлежит процессу метилирования. Перенос метильной группы, как правило, осуществляется аминокислотой - метионином в виде аденозилметионина, превращающегося после отдачи метильной группы в S-аденозилгомоцистеин (рис. 3).

Акцепторы метильной группы разнообразны; к ним относятся: липиды, транспортные нуклеиновые кислоты, содержащие минорные (редкие) компоненты - метилированные нуклеотиды, гуанидинуксусную кислоту, никотинамид и другое. Донорами метильных групп могут быть, помимо аденозилметионина, еще и холин, бетаины, N5-метилтетрагидрофолиевая кислота и другое. (см. Метилирование).

Участие аминокислот в процессах катаболизма

Одним из путей катаболизма (деградации) аминокислот является их ферментативное декарбоксилирование (см.), приводящее к освобождению углекислого газа и образованию биогенных аминов, обладающих высокой биологической активностью, например гистамина из гистидина; серотонина из окситриптофана; γ-аминомасляной к-ты из глутаминовой к-ты:

H 2 N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH

тирамина из тирозина

Декарбоксилирование аминокислот катализируется декарбоксилазами (см.), коферментом которых обычно является пиридоксальфосфат, однако механизм декарбоксилирования аминокислот остается недостаточно выясненным. В декарбоксилазе гистидина коферментная функция принадлежит остатку пировиноградной кислоты, карбоксильная группа которой соединена с пептидной цепью белка-фермента кислотноамидной связью:

Образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот амины служат субстратами окисления для моноамино- и диаминооксидаз - ферментов, отличающихся друг от друга не только белковой частью, но и коферментами: митохондриалыше моноаминооксидазы (см.) принадлежат к флавопротеидам, их кофсрмент - флавинадениндинуклеотид. У диаминооксидаз коферментом служит пиридоксальфосфат. Образующиеся при дезаминированип монаминов аммиак и альдегиды претерпевают дальнейшие превращения: обезвреживание аммиака происходит преимущественно путем образования мочевины (см.), углеродный скелет аминов (в виде альдегидов) подвергается дальнейшему окислению.

Другим процессом деградации L-аминокислот является их окислительное дезаминирование (см.), идущее с образованием аммиака и кетокислот. Эта реакция протекает в организме высших животных и человека очень медленно (в противоположность окислительному образованию аммиака из D-аминокислот), однако может осуществляться быстрее косвенным путем: сначала при персаминировании образуется α-глутаминовая кислота, которая затем при дезаминировании является источником кетоглутаровой кислоты и аммиака. Следует, однако, учесть, что в реакции дезаминирования равновесие смещено в сторону восстановительного образования глутаминовой кислоты, то есть слева направо:

Пути образования аммиака из аминокислот остаются недостаточно ясными.

В последнее время Г. X. Бунатяном и его сотрудниками большое значение в процессе образования аммиака (в частности, в центральной нервной системе и в печени) приписывается отщеплению NH2-группы аденина, находящегося в составе никотинамидадениндпнуклеотида (НАД). Продуктом этой реакции является дезамгшоникотинамид-адениндинуклеотид (деНАД):

Последующее аминирование деНАД осуществляется при участии аспарагиновой кислоты, протекает с образованием промежуточного продукта (НАД-янтарной кислоты) и после отщепления фумаровой кислоты приводит к восстановлению первоначальной структуры НАД (рис. 4):

Следовательно, по Г. X. Бунатяну, дезаминирование α-аминокислот с образованием аммиака протекает через образование аспарагиновой кислоты путем переаминирования, передачи аминогруппы на деНАД, образования НАД и отщепления аммиака от НАД.

В настоящее время еще невозможно оценить, насколько широко этот процесс представлен в организме и каково его биологическое значение. ДеНАД приписывают высокую биологическую активность в качестве фактора, легко проникающего как в окисленной, так и в восстановленной форме через мембрану митохондрий и значительно повышающего энергетическую эффективность окислительного фосфорилирования.

Образование конечных продуктов обмена простых белков

Возникший в процессах обмена веществ аммиак и безазотистый остаток аминокислот претерпевают своеобразные превращения. Основной путь нейтрализации и связывания аммиака у уреотелических животных заключается в синтезе мочевины, протекающем в печени и состоящем из серии последовательных ферментативных реакций. Первый этап этого процесса заключается в образовании карбамилфосфата (так же, как при синтезе пиримидиновых оснований), затем карбамильная группа акцептируется орнитином.

Образовавшийся при этом цитруллин эндергонически реагирует с аспарагиновой кислотой. Образовавшаяся аргининянтарная кислота подвергается расщеплению: один из продуктов реакции - фумаровая кислота - включается в цикл трикарбоновых кислот, другой - аргинин - гидролитически расщепляется аргиназой на мочевину и орнитин (рис. 5). Последний вновь включается в цепь превращений, приводящих к образованию мочевины. Процесс этот, получивший наименование орнитинового цикла, протекает в печени, хотя отдельные его реакции представлены также в сердце, ткани мозга и другое.

Таким образом, азот, выводимый из организма в виде мочевины, наполовину берется из аммиака и наполовину из аспарагиновой кислоты.

Нейтрализация образующегося в организме аммиака происходит еще путем синтеза амидов - аспарагина и глутамина. Амидная группа последнего участвует в синтезе пуринов, нуклеиновых кислот и так далее.

Нейтрализация аммиака у урикотелических животных (рептилии, птицы) связана с образованием мочевой кислоты (см.).

Безазотистая часть аминокислот, как правило, включается через многочисленные промежуточные этапы в разные стадии окислительных превращений по циклу трикарбоновых кислот (см. Трикарбоновых кислот цикл).

Согласно схеме, приведенной на рис. 6, отчетливо выявляется роль аминокислот в обеспечении энергетических запросов организма. Нарушения в превращениях тех или иных аминокислот часто генетически обусловлены и являются причиной различных болезней.

Причиной нарушений, как правило, является дефект в одном специфически действующем ферменте или в серии ферментативных реакций. Эти нарушения могут возникнуть, например, в силу недостаточного образования или слишком быстрого расщепления кофермента, участвующего во многих ферментативных процессах.

Тканевой обмен нуклеотидов

Продукты распада нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот - нуклеотиды и нуклеозиды - претерпевают в органах и тканях различные превращения.

Синтез ДНК и РНК

Нуклеотиды - как пуриновые, так и пиримидиновые - участвуют в синтезе нуклеиновых кислот в клеточных ядрах. Синтез ДНК осуществляется ферментами - ДНК-полимеразами, для которых субстратами служат дезоксирибонуклеозидтрифосфаты.

Синтез ДНК сопровождается освобождением молекул пирофосфата в количестве, соответствующем числу молекул нуклеозидтрифосфатов, вступивших в реакцию. ДНК (образец) и вновь синтезированный полинуклеотид образуют вместе двутяжную ДНК. Схема этого процесса может быть представлена в следующем виде:

Буква «d» перед символом нуклео-зидтрифосфата или мононуклеотидов в синтезированной молекуле ДНК обозначает, что в биосинтезе участвуют нуклеотиды, в которых пентоза представлена дезоксирибозой, то есть дезоксирибонуклеотиды. Образование дезоксирибонуклеотидов происходит в результате сложного процесса восстановления рибонуклеотидов при действии нечувствительного к нагреванию белка - тиоредоксина.

Восстановленная форма тиоредоксина образуется под действием редуктазы (фермента флавопротешговой природы), коферментом которого служит восстановленный никотинамидадениндпнуклеотидфосфат (НАДФ) по схеме:

Вновь образованная ДНК и служившая шаблоном ДНК могут на своих концах соединиться под влиянием фермента ДНК-лигазы и образовать циклическую структуру ДНК.

Синтез РНК осуществляется при участии полинуклеотидфосфорилазы - фермента, обусловливающего обратимую реакцию соединения нуклеозидднфосфатов в присутствии ионов магния и первоначальной РНК:

Образованный полимер содержит 3′-5′-фосфодиэфирные связи, которые расщепляются рибонуклеазой. Реакция обратима и может быть направлена справа налево (в сторону распада полимера) при увеличении концентрации неорганического фосфата. Первоначальная РНК в данном случае не играет роли шаблона, по которому синтезируется полинуклеотид. Скорее всего свободная ОН-группа, находящаяся в концевом нуклеотиде РНК, необходима для присоединения к ней последующих нуклеотидов независимо от входящих в их состав оснований.

По-видимому, в интактной клетке полинуклеотидфосфорилазе принадлежит функция не образования полимера, а расщепления РНК. Что касается высокополимерной РНК с определенной последовательностью нуклеотидов, то образование ее осуществляется РНК-полимеразой, действие которой аналогично ферменту, синтезирующему ДНК. РНК-полимераза активна в присутствии ДНК-шаблона, осуществляет синтез РНК из нуклеозидтрифосфатов и собирает их в последовательности, предопределенной структурой ДНК:

Катаболизм ДНК и РНК

Деградация ДНК и РНК происходит по этапам. Ферменты, расщепляющие РНК, - рибонуклеазы - широко представлены в различных животных тканях. Под влиянием рибонуклеаз двоякого типа - трансфераз и истинных гпдролаз - из РНК образуются олиго- и мононуклеотиды.

Ферменты, расщепляющие ДНК, принадлежат к нуклеазам - гидролазам; результатом их действия является образование олигонуклеотидов как с концевым 5′-фосфатом, так и 5′-фосфатом. Под влиянием диэстераз, специфических нуклеотидаз, фосфорилаз, фосфатаз и нуклеозидаз происходит деградация нуклеотидов с образованием свободных пуриновых и пиримндиновых оснований, дальнейшее превращение которых идет по разным путям.

Пуриновые основания - аденин и гуанин - подвергаются гидролитическому дезаминированию под влиянием ферментов аденазы и гуаназы. Из аденина образуется 6-оксипурин (гипоксантин), из гуанина - 2,6-диоксипурин (ксантин). Эти превращения ампнопуринов могут происходить и без предварительного распада соответствующих нуклеотидов и нуклеозидов. Гипоксантин и ксантин подвергаются дальнейшему окислению под влиянием фермента ксантиноксидазы. Конечным продуктом этого окисления является 2, 6, 8-триоксипурин, или мочевая кислота (см.). У человека мочевая кислота дальнейшим превращениям не подвергается и является постоянной составной частью мочи и конечным продуктом обмена пуриновых нуклеотидов и пуриновых оснований. У большинства млекопитающих мочевая кислота не представляет собой конечного продукта обмена веществ и переходит в аллантоин под действием фермента уриказы.

Стадии дезаминирования и окисления пуриновых оснований представлены на рис. 7.

По иному пути идет деградация пиримидиновых оснований (см.). Первый шаг заключается в восстановлении урацила в дигидроурацил с последующим гидролизом, приводящим к образованию сначала β-уреидопропионовой кислоты, а затем β-аланина, NH3 и СО2 (рис.8):

Аналогичные превращения тимина приводят к образованию β-аминоизо-масляной кислоты.

Таким обраом, конечным продуктом обмена пуринов у человека является мочевая кислота, а пиримидинов - углекислый газ и аммиак, которые могут быть источниками образования мочевины. Что касается β-аланина, то эта аминокислота участвует в биосинтезе дипептидов карнозина (см.) и ансерина (см.), в большом количестве содержащихся в скелетной мускулатуре позвоночных животных.

В мышечной ткани человека содержится лишь карнозин.

β-аланин является также составной частью пантотеновой кислоты, а следовательно, и коэнзима А, играющего очень важную роль в обмене жирных кислот, стеринов, а также в цикле трикарбоновых кислот.

Регуляция процессов азотистого обмена

Азотисный обмен так же, как и все виды обмена веществ, регулируется нервной системой как непосредственно, так и через воздействие на железы внутренней секреции. Основное значение нервной регуляции Азотистый обмен заключается в приспособлении его к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. В силу этого выпадение нервных воздействий на органы и ткани приводит к тяжелым нарушениям их структуры и функции.

Благодаря весьма сложным и тонким механизмам регуляции азотистого обмена у взрослого здорового человека обеспечивается относительное постоянство состава азотистых компонентов органов, тканей и внутренней среды организма. Избыток вводимых с пищей азотистых соединений выводится с мочой и калом, недостаток - пополняется из состава тканей тела (это не относится к числу незаменимых соединений).

Насколько состав крови и тканей обладает относительным динамическим постоянством, настолько изменчив состав мочи, отражающий особенности обмена веществ в значительно большей степени, чем состав плазмы крови или цельной крови. В силу этого для выводов об особенностях азотистого обмена необходимо прежде всего знать качественный и количественный состав принимаемой пищи, исследовать качественный и количественный состав азотистых соединений, выделяемых с мочой и калом, и сопоставить полученные данные. Определение особенностей состава крови может дать представление о качественном своеобразии некоторых сторон азотистого обмена, но не позволяет дать заключение о его состоянии в целом. Например, увеличение содержания белков в пищевом рационе приведет к незначительному повышению содержания небелковых азотистых составных частей (остаточного азота) крови, но выделение азотистых соединений и в первую очередь мочевины с мочой будет значительно повышено. Нарушение окислительного фосфорилирования несколько изменит соотношение содержания креатина и креатинина Р сыворотке крови, однако значительно резче изменится содержание этих соединений и их соотношение в моче (см. Креатин, Креатинурия).

Несмотря на всю сложность и разнообразие реакций, протекающих в организме, выделяемые конечные продукты обмена веществ остаются для данного вида при данном режиме питания качественно более или менее постоянными. Они претерпевают значительные отклонения от нормы при различных патологических состояниях организма.

Методические приемы изучения отдельных стадий превращения азотистых соединений значительно расширились и обогатились. Большую роль сыграло внедрение в практику исследовании азотистого обмена органических веществ, содержащих радиоактивные или тяжелые изотопы различных элементов и в первую очередь фосфора, углерода, серы, азота, кислорода, водорода. Использование этих соединений позволило довольно детально следить за их превращениями, за постепенным переходом метки из одного вещества к другому, завершающимся выделением изотопа в составе конечных продуктов обмена веществ. В настоящее время можно получить практически любую меченую аминокислоту, принимающую участие в процессах биосинтеза белков, свойственных данному организму. Эти эксперименты позволяют выяснить, где и когда аминокислоты включаются в состав белков, с какими веществами или структурами связываются аминокислоты до того, как войдут в состав пептидной цепи. Если аминокислоту глицин, меченную изотопом N 15 , ввести с пищей в организм животного, то значительная часть изотопа будет быстро выведена из организма в составе мочевины, другая часть остается в тканях и выводится очень медленно. Большая часть введенного препарата с изотопом N 15 обнаруживается в белках, причем треть меченого азота включается в белок в виде остатков глицина, а остальные две трети - в составе других аминокислотных остатков. С помощью меченых соединений были открыты или уточнены многие стадии метаболических процессов, идущих в клетках. Так, например, было подтверждено, что аминогруппы переходят от одной аминокислоты к другой (процесс переаминирования).

Патология азотистого обмена

Патология азотистого обмена проявляется в форме патологии синтеза белков и нарушений обмена различных азотсодержащих метаболитов (аминокислоты, мочевина, аммиак, креатин и креатинин, мочевая кислота и другое), циркулирующих в крови и выделяемых почками.

Основная форма патологии синтеза белков - белковая недостаточность - наступает при нарушении соотношения между процессами биосинтеза и катаболизма белковых структур, приводящем к преобладанию процессов распада над синтезом. Общая белковая недостаточность, характеризующаяся ограничением синтеза многих белков (тканевых, плазменных, ферментных), развивается при алиментарном их дефиците - при общем недоедании и при дефиците энергетических компонентов пищи - углеводов и жиров. В последнем случае белки расходуются в организме в качестве источника энергии (см. Обмен веществ и энергии). Такой же механизм развития общей белковой недостаточности имеет место при нарушении усвоения отдельных пищевых продуктов в связи с патологией пищеварительного аппарата. Ускоренная эвакуация пищи из желудка, а также гипо- и анацидные состояния ограничивают гидролиз пищевых белков, что затрудняет их дальнейшее переваривание. Наиболее выражено нарушение переваривания белков после обширной резекции желудка. Недостаточное расщепление пищевых белков наблюдается также при выпадении действия ферментов сока поджелудочной железы вследствие закупорки или сдавления ее выводящего протока. При энтеритах и энтероколитах усвоение пищевых белков ограничивается из-за ослабления секреторной и ускорения моторной функции тонкой кишки, а также нарушения ее всасывательной способности. При недостаточном питании или питании преимущественно растительными белками и при нарушении усвоения пищевых белков ограничение синтеза разнообразных белков в организме наступает не только из-за количественного недостатка аминокислот, но и из-за нарушения соотношения в содержании отдельных незаменимых аминокислот (дисбаланс). При выраженной белковой недостаточности наступает состояние отрицательного азотистого баланса, при к-ром количество выделяющегося из организма азота больше, чем количество азота, поступающего в организм.

Причиной расстройства белкового обмена в форме усиленного распада является нарушение регуляции метаболизма белковых структур. Ослабление и выпадение нервных воздействий на ткани приводит к нарушению их трофики и развитию трофических язв. Недостаток гормонов анаболического действия (соматотропный гормон, инсулин, половые гормоны) сопровождается первичным ослаблением биосинтеза белков. Недостаток соматотропного гормона у детей вызывает выраженное торможение роста. Дефицит инсулина при некомпенсированном сахарном диабете приводит к преобладанию процессов распада и отрицательному азотистому балансу. Первичное усиление распада белков наблюдается при тиреотоксикозе, избыточном действии стероидных гормонов коры надпочечников.

Усиление распада белков в тканях происходит также при повреждениях тканей (травмы, воспаление, аллергическая альтерация, ишемия, дегенерация). При общей интоксикации, в частности инфекционного происхождения, и обширных травмах мягких тканей и трубчатых костей преобладание распада в метаболизме белковых структур имеет генерализованный характер. Известную роль в этом играют продукты распада, поступающие из поврежденных тканей в общую циркуляцию.

Патология белкового обмена, кроме нарушения соответствия процессов синтеза и распада, в отношении отдельных видов белков проявляется также в форме врожденной недостаточности их биосинтеза, вследствие чего развивается, например, агаммаглобулинемия (см.), анальбуминемия (см.). Патология обмена белков может быть также в форме извращенного синтеза отдельных видов белков, она проявляется в образовании аномальных по своей структуре белков - некоторые виды гемоглобинопатии, появление белка Бене-Джонса (см. Бенс-Джонса белок), парапротеинов при миеломной болезни (см.) и другое.

Патология обмена аминокислот. Патология трансаминирования в форме недостаточности этого процесса возникает при уменьшении активности ферментов - трансаминаз (см. Ферменты), осуществляющих перенос аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту. Такое нарушение имеет место при алиментарном гипо- или авитаминозе B6, поскольку витамин B6 является предшественником фосфопиридоксаля, а последний представляет собой активную группу (кофермент) трансаминаз. Абсолютной алиментарной недостаточности витамина В6 практически не встречается. Относительная недостаточность его поступления в организм может развиваться при повышенной потребности в нем, например, при беременности или при значительном подавлении антибиотиками и сульфамидными препаратами нормальной микрофлоры кишечника, где синтезируется витамин В6 в количестве, лишь частично покрывающем суточную потребность организма.

Недостаточность фосфопиридоксаля в организме может развиваться также вследствие нарушения ферментных систем, превращающих витамин B6 в его активную форму (метаболический авитаминоз), что может наблюдаться, по-видимому, при лечении фтивазидом больных туберкулезом.

Уменьшение активности трансаминаз может возникнуть и вследствие нарушения синтеза белковых структур трансаминаз (при белковой недостаточности) или изменения их конфигурации (связывание функциональных групп циклосерином, используемым при лечении туберкулеза). Локальное нарушение трансаминирования в отдельных органах возникает при повреждении их клеточных структур, особенно при некрозе последних. Это сопровождается выходом в кровь внутриклеточных ферментов и повышением в крови активности отдельных трансаминаз, определение которых используется в клинике в диагностических целях. Нарушение трансаминпрования в самих поврежденных органах носит при этом комплексный характер, оно обусловлено не только потерей ферментов из клеток, но и нарушением их биосинтеза, в том числе и ферментов синтеза фосфопиридоксаля.

Изменение интенсивности процесса трансаминирования в организме происходит и в результате нарушения соотношения реагирующих субстратов. При недостатке α-кетокислот, что может иметь место при угнетении цикла Кребса (например, при гипоксии, диабете), трансаминирование угнетается, а при избытке аминокислот, наблюдающемся при усиленном распаде белков, трансаминирование может быть усиленным. В последнем случае может возникать вторичное угнетение окисления в цикле Кребса (см. Окисление биологическое , Трикарбоновых кислот цикл).

Фактором нарушения трансаминирования может явиться расстройство регуляции активности отдельных трансаминаз под влиянием гормонов щитовидной железы и коры надпочечников.

Угнетение процесса дезаминирования может наступать в связи с причинами, вызывающими ослабление процесса трансаминирования, так как многие аминокислоты быстрее теряют свою аминогруппу в реакции трансаминирования с α-кетоглутаровой кислотой, чем в реакции прямого окислительного дезаминирования. Глутаминовая кислота, образующаяся при аминировании α-кетоглутаровой кислоты, быстрее, чем все остальные аминокислоты, подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака. Этому способствует наличие в клетках специфического фермента - глутаматдегидрогеназы, функционирующей с участием НАД. В ряде исследований показано, что при экспериментальном авитаминозе B 6 или при инактивации фосфопиридоксаля тубазидом содержание отдельных аминокислот, кроме глутаминовой, в крови увеличивается, а образование мочевины в печени уменьшается.

Угнетение окислительного дезаминирования в печени возникает также вследствие ослабления биосинтеза белковых структур соответствующих ферментов при белковой недостаточности.

Ослабление окислительного дезаминирования наблюдается также при различных формах гипоксии (геморрагический шок и другое).

Следствием нарушения дезаминирования являются гипераминоацидемия (см. Аминоацидемия) - увеличение доли азота аминокислот в составе остаточного азота (см. Азот остаточный) и даже общая гиперазотемия и аминоацидурия (см.).

Наиболее отчетливо эти сдвиги в азотистом обмене наблюдаются при обширных поражениях клеток печени, особенно при гипоксии органа, когда нарушается не только процесс дезаминирования аминокислот, но и процесс мочевинообразования. При этом в составе остаточного азота, содержание которого может значительно возрастать, увеличивается концентрация азота аминокислот, а относительное (или даже абсолютное) количество азота мочевины уменьшается (продукционная гиперазотемия).

Продукционная гиперазотемия возникает и при патологических состояниях, сопровождающихся массивным распадом белков в организме. В этих условиях дезаминирование аминокислот и мочевинообразование в печени могут быть относительно недостаточными, и содержание остаточного азота крови будет увеличиваться за счет свободных аминокислот.

Увеличение содержания остаточного азота происходит также и при нарушении выделительной функции почек. Однако в этих условиях гиперазотемия происходит главным образом за счет увеличения в крови концентрации мочевины (ретенционная гиперазотемия). Клинической формой выраженной ретенционной гиперазотемии является уремия (см.). Гиперазотемии могут иметь и смешанный генез при одновременной недостаточности функции почек и печени и усиленном распаде белков. Продукционная гиперазотемия, не осложненная нарушением выделительной функции почек, приводит к потере аминокислот организма с мочой, так как фильтрация аминокислот в клубочковом аппарате почек превышает в этих условиях возможности их реабсорбции в канальцах (см. Почки). Усиленное выведение аминокислот выявлено в условиях белкового голодания при раневом истощении, травматических повреждениях трубчатых костей, спинного и головного мозга, в тяжелых случаях ожога, при инфекционных заболеваниях, в стадии кахексии при злокачественных новообразованиях, при гипертиреозе, болезни Иценко-Кушинга, длительном лечении глюкокортикоидами и препаратами АКТГ. В этих случаях гипераминоацидурия отражает в основном относительную недостаточность процессов дезаминирования избыточно освобождающихся при распаде белка аминокислот. Не исключено, что при этих состояниях может иметь место и прямое угнетение процессов дезаминирования в отдельных тканях, особенно в печени.

Другая группа гипераминоацидурий объединяет различные по происхождению формы нарушения обмена аминокислот, при которых увеличение их выделения связано с нарушением реабсорбции в канальцевой системе почек.

Генерализованное нарушение реабсорбции аминокислот происходит при фильтрации их из крови не в свободном состоянии, а в комплексе с металлами. Показано, что аминокислоты крови легко образуют комплексы с медью, свинцом, кадмием, ураном и при этом выводятся из организма.

При болезни Вильсона - Коновалова или гепато-лентикулярной дегенерации (см. Гепато-церебральная дистрофия), для которой характерно нарушение обмена меди, наблюдается значительная экскреция аминокислот в комплексе с медью без одновременного увеличения концентрации аминоазота в крови.

Нарушение почечной реабсорбции аминокислот имеет место и при синдроме Фанкони (см. Цистиноз), называемом некоторыми авторами аминовым диабетом. Для этого заболевания характерно сочетание усиленного выведения аминокислот (количество аминоазота в моче увеличивается в 30-40 раз) с гиперфосфатурией и псевдорахитическими изменениями в костях. Наблюдается также почечная глюкозурия (см. Диабет почечный).

Избирательное нарушение реабсорбции известно в отношении цистина. Однако цистинурия (см.) обычно сопровождается общим нарушением обмена этой аминокислоты. Описана врожденная аномалия обмена цистина, проявляющаяся в резко выраженной цистинурии без повышения содержания цистина в крови. Выведение цистина с мочой достигает в этих случаях 400-800 мг в сутки, тогда как нормальная экскреция цистина не превышает 80 мг. Цистин сравнительно плохо растворим, и увеличение его экскреции сопровождается образованием цистиновых камней в мочевыводящих путях.

Более тяжелое нарушение обмена цистина известно под названием цистиноза (см.). Это заболевание сопровождается общей аминоацидурией, в том числе и цистинурией, отложением кристаллов цистина в элементах ретикулоэндотелиальной системы; при нем наблюдается ранний смертельный исход.

Угнетение превращения фенилаланина в тирозин относится к наследственным заболеваниям. В крови и моче значительно увеличивается количество фенилаланина и ряда промежуточных продуктов его обмена, в частности фенилпировиноградной и фенилуксусной кислот. Клинически это нарушение обмена проявляется значительным отставанием умственного развития - фенилпировиноградная олигофрения (см. Фенилкетонурия). Недостаточно полное превращение фенилпировиноградной и фенилуксусной кислот в фенилацетилглутамин - нормальный конечный продукт обмена той части фенилаланина, которая не подвергалась превращению в тирозин, - выявлено и при вирусном гепатите. Ограниченное образование фенилацетилглутамина в этих случаях обусловлено первичным ограничением образования глутамина в печени.

Нарушение окислительного превращения тирозина в конечные продукты его обмена (фумаровую и ацетоуксусную кислоты) может сопровождаться накоплением различных промежуточных продуктов. Так, нарушение первого этапа этого пути обмена (переаминирования с α-кетоглутаровой к-той) приводит к гипертирозинемии, тярозинурии и состоянию тирозиноза (см.). Этот механизм нарушения обмена выявлен при экспериментальной белковой недостаточности, поражении печени четыреххлористым углеродом и экспериментальном лейкозе у мышей. В клинике аналогичное нарушение обмена тирозина наблюдается у больных лейкозом и при коллагенозах. Другая форма нарушения обмена тирозина - алкаптонурия (см.), развивающаяся при задержке окислительного превращения тирозина на стадии гомогентизиновой кислоты (см.). Патология относится к врожденным аномалиям обмена.

Нарушение других направлений в обмене тирозина также связано с активацией или угнетением ферментов, катализирующих реакции его специфических превращений. Превращение тирозина через стадию ДОФА в пигменты (меланины), окрашивающие кожу и волосы, определяется активностью тирозиназы, представляющей собой специфический медьсодержащий белок. Активность тирозиназы регулируется меланофорным гормоном гипофиза, синтез которого сдерживается гормонами коры надпочечников. При гипофункции надпочечников могут возникать нарушения пигментного обмена (см.). Альбинизм (см.) представляет собой врожденную аномалию обмена тирозина, состоящую в выпадении синтеза фермента тирозиназы.

Основной путь обмена триптофана в организме заканчивается превращением его в никотиновую кислоту. Ряд промежуточных продуктов на этом пути обмена триптофана, а именно 3-оксикинуренин, ксантуреновая, 3-оксиантраниловая кислоты и их производные, обладают при повышенной концентрации патогенными свойствами.

Ксантуреновая кислота способствует распаду гликогена и гипергликемии. При длительном повышении ее концентрации в крови у экспериментальных животных наблюдаются дегенеративные изменения в бетаклетках поджелудочной железы. 3-Оксикинуренин и 3-оксиантраниловая кислоты могут проявлять также канцерогенное действие.

Накопление в крови промежуточных продуктов обмена триптофана происходит вследствие подавления активности ряда ферментов, функционирующих в комплексе с производными витаминов В6, B1, В2 и PP. Избыточное образование токсических метаболитов выявлено при хроническом гепатите, тяжелых формах сахарного диабета, остром лейкозе, хронических миело- и лимфолейкозе, лимфогранулематозе, ревматизме и склеродермии. Нарушение обмена триптофана может быть выявлено при помощи пробы с нагрузкой.

Увеличение концентрации креатинина в крови происходит при нарушении выделения его почками, а увеличенное пли уменьшенное выведение его с мочой, без одновременной ретенции в крови, отражает нарушение образования его из креатина при патологии обмена последнего в мышечной ткани. Увеличение экскреции креатинина наблюдается при гипофункции щитовидной железы. Уменьшение экскреции креатинина в сочетании с увеличенным выведением креатина имеет место при гипертиреозе, тяжелом течении сахарного диабета и особенно при миопатиях (миастения, миозит, миотония).

Количество азота мочевой кислоты - конечного продукта пуринового обмена (см.) - в составе остаточного азота крови колеблется от 0,1 до 3.0 мг%. Патологическое увеличение его концентрации наблюдается при массивном распаде клеточных структур (голодание, тяжелая мышечная работа, инфекции и так далее), когда усиление эритропоэза (см. Кроветворение) сопровождается освобождением ядер из ретикулоцитов. Выведение мочевой кислоты с мочой ограничивается ее интенсивной реабсорбцией. Увеличение концентрации мочевой кислоты в крови обусловливает возможность отложения ее в хрящах, суставных сумках, сухожилиях, фасциях, а иногда в почках, мышцах и коже.

Азотистый обмен в облученном организме

Характер изменений азотистого обмена в основном зависит от дозы облучения. При воздействии больших доз ионизирующей радиации в организме происходит процесс патологического распада белков органов и тканей, которые не восстанавливаются белками пищи, что проявляется в отрицательном азотистом балансе, особенно при облучении в летальных дозах.

В изменении азотистого обмена в облученном организме существенную роль играет пониженное всасывание аминокислот стенками тонкой кишки, а также повышенное выделение азота с мочой в ближайшие дни после лучевого поражения. Так, например, при тотальном воздействии гамма-излучением и нейтронами выделение аминокислот с мочой у людей увеличивается в 10 раз по сравнению с нормой. При облучении в больших дозах экспериментальных животных отмечалось увеличение содержания мочевины в моче, тирозина в крови, выведение аминокислот с мочой, креатинурия (см.), что указывает на усиление тканевого распада. Увеличение распада белков может быть также результатом повышения активности протеолитических ферментов. В свою очередь повышение активности протеолитических ферментов связывают с непосредственным поражением внутриклеточных мембран.

Изменения азотистого обмена при облучении зависят от следующих основных причин: непосредственное воздействие радиации на молекулы белка в клетке и изменение его физико-химических свойств; изменение биохимических механизмов синтеза белка; интенсификация протеолитических ферментов в клетке; опосредованное влияние радиации на деятельность желез внутренней секреции и так далее

В пожилом возрасте существенно снижается функциональная способность пищеварительного тракта (ослабляется синтез и секреция соляной к-ты, протеолитических ферментов), замедляется всасывание свободных аминокислот в кишечнике; снижается способность ассимиляции пищевых веществ на тканевом и клеточном уровнях, что связано в первую очередь с дизадаптацией ферментных систем организма; нарушаются процессы биосинтеза белков, нуклеиновых кислот и так далее.

По мере старения организма снижается его способность ассимилировать белки, увеличиваются эндогенные потери белковых компонентов пищи, что характеризуется появлением отрицательного азотистого баланса.

Причины снижения интенсивности синтеза белка в старости до сих пор остаются неясными. Большинство исследователей считает, что при старении первичные изменения возникают в регуляторных генах, приводя в одних случаях к нарастающему подавлению транскрипции отдельных оперонов (см.), а в других - к временному усилению биосинтеза некоторых белков. При этом неравномерно изменяется биосинтез различных белков, сокращается возможный диапазон активации биосинтеза, быстрее нарастает снижение потенциальных возможностей биосинтетических систем в условиях напряженной деятельности. В последующем наступают изменения и в структурных генах, что приводит к определенным качественным сдвигам в синтезируемых белковых молекулах, в частности к изменениям в аллостерическом регулировании активности ферментов.

Характерным примером изменения азотистого обмена при старении является нарушение пуринового обмена, когда в крови и тканях накапливается большое количество уратов, которые отлагаются затем в суставах и хрящах (см. Подагра). Однако так наз. отложения солей связаны не только с нарушениями пуринового и минерального обмена.

Имеются убедительные доказательства, что причины отложения солей в суставах и хрящах заключаются не только в увеличении концентрации уратов и кальция, а прежде всего в изменении свойств структурных белков соединительной ткани, в частности коллагена. Качественные изменения белков проявляются главным образом в нарушении третичной и четвертичной структуры молекулы белка (см.). При этом отмечено повышение прочности белковой структуры, обусловленное появлением дополнительных, перекрестных связей между отдельными компонентами. В процессе старения меняются физико-химических свойства белков, в частности снижается лабильность, дисперсность, гидрофильность и электрический заряд их молекул. Гипотеза отечественных авторов (А. А. Богомолец, А. В. Нагорный, В. Н. Никитин) о важности для процессов старения изменения физико-химических свойств белков, например, белков соединительной ткани, их огрубения и понижения функциональной активности, находит все большее признание в мировой литературе.

Многочисленные экспериментальные и клинические наблюдения особенностей разбалансирования процессов азотистого обмена при старении послужили основанием для разработки специальных рационов. В основе рекомендаций для составления таких рационов, направленных на нормализацию нарушений азотистого обмена у лиц пожилого и старческого возраста, лежат: принцип энергетической сбалансированности пищевого рациона с энерготратами организма; обеспечение в рационах сравнительно высоких количеств белка (1,2-1,3 г на 1 кг веса) с высоким содержанием полноценных животных белков (главным образом белков молока); ограничение в рационах продуктов высокой концентрации пуриновых оснований (см.); обеспечение в рационах достаточного содержания витаминов и микроэлементов, в частности аскорбиновой к-ты, ниацина, тиамина, рибофлавина, кобаламина и другое, что необходимо для обновления изнашивающихся в процессе жизнедеятельности ферментных систем.

Особенности азотистого обмена у детей

Интенсивность процессов азотистого обмена на протяжении роста ребенка подвергается изменениям, особенно ярко выраженным у новорожденных и детей раннего возраста. В течение первых трех дней жизни баланс азота является отрицательным, что объясняется недостаточным поступлением белка с малым количеством пищи. В этот период обнаруживается транзиторное повышение остаточного азота в крови до 55-60 мг% . Количество выделяемого почками азота нарастает в течение первых 3 дней, после чего падает и начинает вновь увеличиваться со второй недели жизни параллельно возрастающему количеству пищи.

Общая особенность азотистого обмена у детей - положительный баланс азота, что является необходимым условием роста. Азот пищи в максимальной степени используется растущим организмом для пластических целей. Так, например, на ранних этапах развития детского организма ферментные системы, обеспечивающие синтез нуклеиновых кислот, отличаются наивысшей активностью, в то же время активность ферментов, катализирующих их распад, снижена.

Наиболее высокая усвояемость азота в организме наблюдается у детей первых месяцев жизни. Баланс азота заметно снижается в период 3-6 месяцев жизни, хотя и остается положительным.

Во втором полугодии жизни баланс азота стабилизируется. По данным В. Ф. Ведрашко (1958), у детей 2-3 лет, получающих 4-4,2 г/кг белка, баланс азота составляет 2,3 г, ретенция (т. е. задержка) - 30% при соотношении животных и растительных белков 4:1. У детей 4-6 лет удовлетворительный баланс и ретенция азота достигаются при получении 3,5 г/кг белка: баланс 2,7 г, ретенция - 25% (В. Ф. Ведрашко и Э. И. Аршавская, 1965). У детей 7-8 лет азотистое равновесие достигается при введении 2,5 г/кг белка: баланс 2,8-3 г, ретенция - в пределах 21% . По данным Ин-та питания АМН СССР, у детей 11-13 лет при введении 2 г/кг белка азотистый баланс составляет 1,8 г, ретенция - 13,8%.

Показатели ретенции и баланса азота подвержены значительным индивидуальным колебаниям, зависят от количества белка пищи, его соотношения с другими пищевыми ингредиентами. Установлены также сезонные колебания этих показателей: они выше в весеннее и летнее время и ниже зимой.

Потребность в незаменимых аминокислотах у детей выше, чем у взрослых, при этом для детского организма к незаменимым аминокислотам относят и гистидин. Средние величины потребности в незаменимых аминокислотах, по данным ФАО ВОЗ(1963), представлены в таблице 3.

Таблица 3. Потребности в незаменимых аминокислотах у детей

Клетки растущих тканей отличаются высокой концентрацией аминокислот, что свидетельствует о высокой активности механизмов, обеспечивающих транспорт аминокислот через клеточные мембраны. Активный мембранный транспорт аминокислот имеет место в плаценте. Дент (С. Е. Dent, 1948) говорит в связи с этим о «плацентарном аминокислотном насосе», обеспечивающем движение аминокислот от матери к плоду (см. Плацента). Показано, что этот процесс отличается строгой стереоспецифичностью, то есть левовращающие (L-аминокислоты) проходят плацентарный барьер с более высокой скоростью, чем правовращающие (D-аминокислоты). Функция плаценты позволяет объяснить более высокое содержание аминокислот в пуповинной крови по сравнению с кровью детей более старшего возраста и взрослых (табл. 4).

Таблица 4. Содержание свободных аминокислот в крови (в мг%) (по Шрейеру, 1965)

Аминокислота	В пуповинной крови	В крови детей	В крови взрослых
Аланин	4,8	3,9	3,8
Аргинин	3,3	2,2	2,1
Глицин	3,4	2,6	2,8
Гистидин	3,4	1,8	1,7
Изолейцин	2,3	1,7	1,6
Лейцин	2,5	2,3	2,0
Лизин	8,1	2,4	2,8
Метионин	0,5	0,3	0,35
Фенилаланин	2,3	1,6	1,6
Треонин	2,8	2,3	2,0
Триптофан	1,7	0,8	1,1
Тирозин	2,3	1,6	1,4
Валин	4,9	3,2	3,0

Существенное влияние на рост ребенка оказывают дефекты питания, вследствие которых ребенок получает избытки отдельных аминокислот, что служит причиной задержки физического развития, гипераминоацидурии, интоксикации.

У детей раннего возраста повышена экскреция аминокислот с мочой - так называемая физиологическая гипераминоацидурия. На первой неделе жизни азот аминокислот составляет 3-4% от общего азота мочи (по некоторым данным, до 10%) и лишь к концу первого года жизни снижается до 1 %. В этот период выведение аминокислот в расчете на 1 кг веса достигает величин выведения их у взрослого человека, экскреция аминоазота, достигающая у новорожденных 10 мг/кг, на втором году жизни редко превышает 2 мг/кг. В моче новорожденных повышено по сравнению со взрослыми содержание таурина, треонина, серина, глицина, аланина, цистина, лейцина, тирозина, фенилаланина и лизина. В первые месяцы жизни в моче обнаруживается также этаноламин и гомоцитруллин. В моче детей первого года жизни преобладают аминокислоты пролин и гидроксипролин. Причиной физиологической гипераминоацидурии является функциональная незрелость почек, проявляющаяся в недостаточной реабсорбции аминокислот из клубочкового фильтрата (гипераминоацидурия ренального типа). Доказательством этого служит более высокий клиренс аминокислот. У недоношенных, кроме того, имеет место гипераминоацидурия перегрузочного типа, так как содержание свободных аминокислот в плазме крови выше, чем у доношенных.

В процессе роста ребенка меняются количественные и качественные характеристики азотистого обмена

Еще Вирхов (R. Virchow, 1856) обратил внимание на то, что моча плода содержит избытки мочевой кислоты и лишь следы мочевины. Отложение кристаллов мочевой кислоты в почечной ткани он назвал мочекислым инфарктом новорожденных. Исследования важнейших азотистых компонентов мочи у детей показали, что соотношение мочевой кислоты, мочевины и аммиака в процессе роста существенно изменяется. Так, первые 3 месяца жизни характеризуются наименьшим содержанием в моче мочевины и наибольшей экскрецией мочевой кислоты. В возрасте от 3 до 6 месяцев в моче нарастает количество мочевины и снижается содержание мочевой кислоты. Выведение мочевой кислоты на протяжении первого - второго года жизни в расчете на 1 кг веса превышает таковое у взрослых, содержание аммиака в моче в первые дни жизни невелико, но затем резко возрастает и держится на высоком уровне на протяжении всего первого года жизни. Н. Ф. Толкачевская (1960) связывает эти особенности азотистого обмена с преобладанием у плода и новорожденного урикотелического пути обмена аммиака (нейтрализация аммиака обеспечивается главным образом за счет усиленного образования мочевой кислоты). Это филогенетически более древний путь, который на первом году жизни постепенно и почти полностью вытесняется уреотелическим - синтезом мочевины в цикле Кребса-Гензелейта.

Важной особенностью азотистого обмена у детей является физиологическая креатинурия (см.). Креатин обнаруживается в амниотической жидкости и в моче, начиная с периода новорожденности и до периода полового созревания. Суточная экскреция креатинина с возрастом увеличивается, в то же время по мере нарастания массы тела азот креатинина в процентном отношении к общему азоту мочи снижается. Количество выведенного с мочой креатинина в расчете на 1 кг веса у детей колеблется в пределах 5,5-10 мг. Величины суточного выведения креатинина, процентного отношения к общему азоту мочи, полученные у разных детей одного возраста, близки между собой.

Библиография: Белозерский А. Н. Молекулярная биология - новая ступень познания природы, М., 1970; Браунштейн А. Е. Биохимия аминокислотного обмена, М., 1949, библиогр.; Збарский Б. И., Иванов И. И. и Мардашев С. Р. Биологическая химия, Л., 1972; Иванов И. И. и др. Введение в клиническую биохимию, Л., 1969, библиогр.; Химия и биохимия нуклеиновых кислот, под ред. И. Б. Збарского и С. С. Дебова, Л., 1968; Lehninger A. L. Biochemistry, N. Y., 1970.

Радиоизотопное исследование азотистого обмена - Белки, под ред. Г. Нейрата и К. Бэйли, пер. с англ., т. 3, ч. 2, с. 594, М., 1950, библиогр.; Хаггис Д ж. и др. Введение в молекулярную биологию, пер. с англ., с. 341, М., 1967.

Патология азотистого обмена . - Ангелов А. М. и др. Влияние тироксина на активность некоторых ферментов обмена углеводов и аминокислот в печени морских свинок, Вопр. мед. хим., т. 17, в. 2, с. 165, 1971, библиогр.; Бадалян Л. О., Таболин В. А. и Вельтищев Ю. Е. Наследственные болезни у детей, с. 44, М., 1971; Капланский С. Я. Вопросы патологии обмена белков и аминокислот, в кн.: Хим. основы процессов жизнедеятельности, под ред. В. Н. Ореховича, с. 253, М., 1962, библиогр.; он же, Патологическая физиология белкового обмена, Многотомн. руководство по пат. физиол., под ред. Н. Н. Сиротинина, т. 2, с. 455, М., 1966, библиогр.; Кремер Ю. Н. Биохимия белкового питания, Рига, 1965, библиогр.; Лаптева Н. Н. Патофизиология белкового обмена, М., 1970, библиогр.; Майстер А. Биохимия аминокислот, пер. с англ., с. 463, М., 1961; Мардашев С. Р. и д р. Опыт и перспективы лечения L-глютамином больных тяжелым эпидемическим гепатитом (болезнь Боткина), в кн.: Усп. гепатол., под ред. Е. М. Тареева и А. Ф. Блюгера, с. 401, Рига, 1971; Репин И. С. Азотистый обмен при лихорадочных состояниях, Л., 1961, библиогр.; Xорст А. Молекулярная патология, пер. с польск., с. 196, М., 1967, библиогр.

Азотистого обмена в облученном организме - Бак З. и Александер П. Основы радиобиологии, пер. с англ., М., 1963, библиогр.; Ранние радиационно-биохимические реакции, под ред. Е. Ф. Романцева, М., 1966, библиогр.; Штреффер К. Радиационная биохимия, пер. с нем., М., 1972.

Изменение азотистого обмена в процессе старения - Ведущие проблемы советской геронтологии, под ред. Д. Ф. Чеботарева и др., Киев, 1972; Ведущие проблемы возрастной физиологии и биохимии, под ред. В. Н. Никитина, М., 1966, библиогр.; Парина Е. В. Возраст и обмен белков, Харьков, 1967, библиогр.; Фролькис В. В. Регулирование, приспособление и старение, Л., 1970, библиогр.; Gsеll D. Protein and nitrogen metabolism in the old age, Proc. 4-th int. congr. dietetics, p. 88, Stockholm, 1965; Verz#225;r F. Aging of the collagen fiber, Int. Rev. Connect. Tissue Res., v. 2, p. 243, 1964.

Азотистый обмен у детей - Питание здорового И больного ребенка, под ред. М. И. Олевского и Ю. К. Полтевой, с. 59, 212, М., 1965; Толкачевская Н. Ф. Развитие процессов обмена у детей первого года жизни, М., 1960, библиогр.; Тур А. Ф. Физиология и патология новорожденных детей, Л., 1967; Schreier K. Eiweiβstoffwechsel, Handb. d. Kinderheilk., hrsg. v. H. Opitz u. P. Schmid, S. 57, B. u. a., 1965, Bibliogr.; Sсhreiеr К. u. a. Über die Clearance-Rate einiger Aminosäuren bei Säuglingen und Frühgeborenen, Z. Kinderheilk., Bd 79, S. 165, 1957, Bibliogr.; SereniF. a. Principi N. The development of enzyme systems, Pediat. Clin. N. Amer., v. 12, p. 515, 1965, bibliogr.

С. Е. Северин, Н. Н. Лаптева; Ю. Е. Вельтищев (пед.), Г. И. Козинец (рад.), Е. Ф. Романцев (рад. био.), В. А. Тутельян (гер.).

Речь пойдет об особенностях метаболизма пуриновых оснований. Большинству людей это ни о чем не говорит. Но если вам знакомы слова «подагра», мочекаменная болезнь, инсулинорезистентность, сахарный диабет 2 типа, то знать суть о метаболизме пуринов необходимо. Казалось бы: а хирургия то здесь причем? А притом, что многие специалисты при болях в суставах и высокой мочевой кислоте ставят диагноз «подагра». На самом деле — все намного сложнее. К примеру подагрический артрит может быть при нормальных цифрах мочевой кислоты, и наоборот: высокая мочевая кислота может быть в ряде случаев у здорового человека.

Организм человека в основном состоит из четырех химических элементов, на долю которых приходится 89 % состава: С-углерод (50%), О-кислород(20%), Н-водород(10%) и N-азот (8,5%). Далее идет ряд макроэлементов: кальций, фосфор, калий, сера, натрий, хлор и др. Затем микроэлементы, количество которых очень мало, но они жизненно необходимы: марганец, железо, йод и пр.
Интересен нам будет четвертый в этом количественном списке — азот.

Живой организм — это динамическая система. По простому: вещества в него постоянно поступают (становясь частью организма) и выводятся из него. Основной источник азота для организма — белки. Поступающий с пищей белок в желудочно-кишечном тракте распадается до аминокислот, которые уже и включаются в обмен. Ну а каким образом азотсодержащие вещества выводятся из организма?

В процессе эволюции у животных выработались определенные особенности азотистого обмена.
Причем ключевым в определении этих особенностей будут: условия существования и доступ к воде.

Животных разделяют на три группы, имеющие различия в метаболизме азота:

Аммонио-литические . Конечный продукт азотистого обмена — аммиак, NH3. Сюда относят большую часть водных беспозвоночных и рыб.
Все дело в том, что аммиак — токсичное вещество. И для его выведения нужно очень-очень много жидкости. Благо — он хорошо растворим в воде. С выходом на сушу в ходе эволюции возникла потребность в изменении метаболизма. Так появились:

Уреолитические . У этих животных появился так называемый «цикл мочевины». Аммиак связывается с СО2(углекислый газ). Образуется конечный продукт — мочевина. Мочевина не такое токсичное вещество и для ее выведения требуется заметно меньше жидкости. Кстати мы с вами относимся именно к этой группе. Мочевая кислота в процессе метаболизма в значительно меньших количествах также образуется, но распадается до малотоксичного и хорошо растворимого аллантоина. Но… Кроме человека и человекообразных обезьян. Это очень важно и к этому вернемся.

Урикотелические . Предкам земноводных с уреолитическим обменом пришлось приспосабливаться к засушливым регионам. Это пресмыкающиеся и прямые предки динозавров — птицы. У них конечным продуктом является мочевая кислота. Она очень плохо растворяется в воде и для ее выведения из организма как раз воды много и не требуется. В помете у тех же птиц количество мочевой кислоты очень большое, фактически выводится в полутвердом виде Поэтому птичий помет («гуано») — основная причина коррозии и разрушения металлоконструкций мостов. Лакокрасочное покрытие автомобиля тоже портит — будьте внимательны, мойте сразу.
Это классическая гексагональная долька печени. В общем так печень выглядит под микроскопом. Похожа на Москву-сити, только вместо кремля — центральная вена. А интересовать нас будут «домики», плотно прилежащие друг к другу. Это гепатоциты — ключевые клетки печени.
Славянское слово печень произошло от слова «печь». Действительно, температура органа на градус выше температуры тела. Причина в этом — очень активный обмен веществ в гепатоцитах. Клетки действительно уникальные, в них протекает около 2 тысяч химических реакций.
Печень — это основной орган, который продуцирует мочевую кислоту. 95% выводимого азота — синтез мочевой кислоты как конечный продукт химических реакций в печени . И только 5% — окисление пуриновых оснований, поступающих извне с пищей. Поэтому коррекция питания при гиперурикемии не является ключевым в лечении.

Схема обмена мочевой кислоты

Откуда берутся пурины?
1. Пурины, которые поступают с пищей . Как уже отмечалось — это небольшое количество — около 5%. Те пурины, которые содержаться в пище (больше всего, разумеется в печени и почках, красном мясе).
2. Синтез пуриновых оснований самим организмом . Большая часть синтезируется в гепатоцитах печени. Очень важный пункт, к нему вернемся. А также причем здесь рекомендуемая диабетиками и не требующая для усвоения инсулина фруктоза.
3. Пуриновые основания, которые образуются в организме вследствие распада тканей: при онкопроцессах, псориазе . Почему у спортсменов может повышаться мочевая кислота? Это и есть третий путь. Тяжелые физические нагрузки приводят к усилению процессов распада и синтеза тканей. Если вы накануне занимались тяжелым физическим трудом, а утром вы сдаете анализ, уровень мочевой кислоты может быть выше вашего среднего значения.

Знакомимся: аденин и гуанин. Это и есть пуриновые основания. Совместно с тимином и цитозином формируют спираль ДНК. Студенты медики не любят — зубрежка на курсе биохимии:). Как известно, ДНК состоит из двух цепочек. Напротив аденина всегда становится тимин, напротив гуанина — цитозин. Две цепочки ДНК склеиваются как две половинки застежки-молнии. Количество этих веществ повышается при активном распаде тканей, как бывает, например, при онкопроцессах

Рядом последовательных химических реакций пурины преобразуются в мочевую кислоту.

Метаболизм мочевой кислоты у человека и приматов

Планировал максимально упростить для понимания схему. Пусть учат студенты-медики на 2 курсе:). Но названия ферментов оставил. Самый важный момент — фермент ксантиноксидаза . Именно его активность падает при лечении аллопуринолом (точнее эффективность, так как аллопуринол с ним конкурирует за рецептор), чем и снижается синтез мочевой кислоты.
Редко, но всречаются врожденное заболевание,сопровождающееся генетическим нарушением в синтезе ксантиноксидазы, при котором уровень мочевой кислоты снижен. В таком случае накапливаются ксантин и гипоксантин. Ксантинурия. Казалось бы ну и хорошо, меньше мочевой кислоты. Однако выяснилось, что мочевая кислота не только вредна, но и полезна…

Разговор о вреде и пользе мочевой кислоты следует начать очень издалека. Тогда, 17 миллионов лет назад, в эпоху миоцена у наших предков произошла мутация в гене, который продуцирует фермент — уриказу. И нам досталась «урезанная» версия пуринового обмена.

У других млекопитающих уриказа переводит мочевую кислоту в растворимый и легко выводящийся из организма аллантоин. И у этих животных никогда не бывает подагры. Может возникнуть предположение, что в этой мутации нет никакого смысла. Но эволюция этот ген не исключила: мутация оказалась необходимой.

Современные исследования показали, что мочевая кислота является побочным продуктом разложения фруктозы в печени и накопление солей мочевой кислоты способствует эффективному превращению фруктозы в жир. Таким образом, у наших предков в геноме закрепился ген «бережливости». Тогда ген был необходим для создания запасов на голодный период. Было доказано, что окончательная инактивация уриказы совпала с глобальным похолоданием климата на Земле. Нужно было «наесть» как можно больше запасов подкожного жира на холодный период, перевести содержащуюся в плодах фруктозу в жировой запас. Сейчас проводятся ряд экспериментов с введением в клетки печени фермента уриказы. Не исключено, что в дальнейшем на основе фермента уриказы появятся препараты для лечения подагры. Так что склонность к ожирению у нас заложена в генах. На несчастье тем многим мужчинам и женщинам, страдающим полнотой. Но проблема не только в генетике. Изменился характер питания современного человека.

Про вред и пользу мочевой кислоты, а также про питание при гиперурикемии

Известно, что постоянный уровень мочевой кислоты способен значительно повысить риск ряда заболеваний. Однако доказано, что периодическое повышение уровня мочевой кислоты может оказывать положительное действие. Исторически доступ к мясной пище (основному источнику пуринов), был нерегулярным. Основная пища: различные коренья, плоды деревьев. Ну а если принесет первобытный охотник добычу — так это праздник. Поэтому, периодическое от мясных продуктов было обычным образом жизни. Есть добыча — едим до отвала. Нет добычи — едим растительную пищу. Сейчса установлено, что кратковременное, периодическое повышение уровня мочевой кислоты благоприятно вляет на развитие и функцию нервной системы. Может поэтому и начал развиваться мозг?

Как эта мочевая кислота выводится из организма

Пути два: почки и печень
Основной путь — выведение с почками — это 75%
25 процентов выводится печенью с помощью желчи. Поступившая в просвет кишечника мочевая кислота и разрушается (спасибо нашим бактериям в кишечнике).
В почки мочевая кислота попадает в виде натриевой соли. При ацидозе (закислении мочи) в почечных лоханках могут формироваться микролиты. Тот самый «песок» и «камни». Кстати алкоголь очень сильно снижает экскрецию уратов с мочой. Почему и приводит к приступу подагры.

Итак, какой нужно сделать вывод?Методы снижения мочевой кислоты

1. Стараться в неделю 1-2 дня делать чисто вегетарианским
2. Наибольшее количество пуринов содержится в тканях животного происхождения. Причем в животных клетках с активным метаболизмом: печени, почках — больше всего.
3. Нужно есть меньше жирной пищи, так как избыток насыщенных жиров подавляет способность организма перерабатывать мочевую кислоту.
4. Едим поменьше фруктозы. Мочевая кислота — продукт метаболизма фруктозы. Ранее пациентам с сахарным диабетом рекомендовали заменять глюкозу на фруктозу. Действительно, фруктоза для своего усвоения не требует участия инсулина. Но для усвоения фруктоза еще тяжелее. Внимание: в сахаре молекула сахарозы — это дисахарид — глюкоза + фруктоза. Так что сахара едим меньше.
5. Исключить прием алкоголя, особенно пива. Вино в небольших количествах не влияет на уровень мочевой кислоты.
6. Очень интенсивные физические нагрузки повышают уровень мочевой кислоты.
7. Нужно пить много воды. Это позволит эффективно выводить мочевую кислоту.

Если у вас повышена мочевая кислота

Ну во первых, к счастью это не всегда является патологией: кратковременный подъем может быть вариантом нормы
Если все же проблема есть, нужно разобраться, на каком уровне есть нарушение (та самая первая схема): нарушения в синтезе пуринов (тот самый метаболический синдром), алиментарный фактор (много мяса кушаем, пивом запиваем), нарушение функции почек (нарушение экскреции мочевой кислоты)или сопутствующие заболевания, сопровождающиеся разрушением тканей.

Удачи Вам и грамотных докторов.

Если вы нашли опечатку в тексте, пожалуйста, сообщите мне об этом. Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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.

Глу. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 4. Амидирование белков. 4. Амидир" title="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. Амидир" class="link_thumb"> 11 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. Глу. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 4. Амидирование белков. 4. Амидир"> Глу. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 4. Амидирование белков. 4. Амидирование белков."> Глу. 3. Аминирование а-КГ --> Глу. 4. Амидирование белков. 4. Амидир" title="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. Амидир"> title="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. Амидир">

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.

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

Вторая стадия Вторая стадия На следующей стадии, реакция , 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 , 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.

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

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 . 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 . 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

I. Цель изучения: знать конечные продукты обмена белков в организме, основные источники образования аммиака, пути его обезвреживания из организма.

II. Уметь количественно определять содержание мочевины по цветной реакции с диацетилмонооксимом в сыворотке крови; познакомиться с физико-химическими свойствами мочевины.

III. Исходный уровень знаний: качественные реакции на аммиак (неорганическая химия).

IV. Ответить на вопросы контрольных итоговых билетов по теме: «Распад простых белков. Метаболизм аминокислот, конечные продукты азотистого обмена».

1. Конечными продуктами распада азотсодержащих веществ являются углекислый газ, вода и аммиак, в отличие от углеводов и липидов. Источником аммиака в организме являются аминокислоты, азотистые основания, амины. Аммиак образуется в результате прямого и непрямого дезаминирования аминокислот, (основной источник) гидролитического дезаминирования азотистых оснований, инактивации биогенных аминов.

2. Аммиак токсичен и его действие проявляется в нескольких функциональных системах: а) легко проникая через мембраны (нарушая трансмембранный перенос Na + и К +) в митохондриях связывается с α-кетоглутаратом и другими кетокислотами (ЦТК), образуя аминокислоты; в этих процессах используются и восстановительные эквиваленты (NADH+H +).

б) при высоких концентрациях аммиака глутамат и аспартат образуют амиды, используя и АТФ нарушая все тот же ЦТК, являющийся главным энергетическим источником работы мозга. в) Накопление глутамата в мозге повышает осмотическое давление, что ведет к развитию отека. г) Повышение концентрации аммиака в крови (N – 0.4 – 0.7 мг/л) сдвигает рН в щелочную сторону, повышая сродство О 2 к гемоглобину, что вызывает гипоксию нервной ткани. д) Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает угнетение обмена аминокислот (синтеза нейромедиаторов), ускорение синтеза оксалоацетата из пирувата, что связано с повышенным использованием СО 2 .

3. Гипераммониемия прежде всего отрицательно действует на мозг и сопровождается тошнотой, головокружением, потерей сознания, отставанием умственного развития (при хронической форме).

4. Основной реакцией связывания аммиака во всех клетках является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы в митохондриях, где используется для этой цели АТФ. Глутамин облегченной диффузией поступает в кровь и транспортируется в кишечник и почки. В кишечнике под действием глутаминазы образуется глутамат, который трансаминируется с пируватом, превращая его в аланин, поглощаемый печенью; 5% аммиака удаляется через кишечник, остальные 90% выводятся почками.

5. В почках также идет гидролиз глутамина с образованием аммиака под действием глутаминазы, которая активируется ацидозом. В просвете канальцев аммиак нейтрализует кислые продукты обмена образуя аммонийные соли для выведения, одновременно сокращая потери К + и Na + . (N – 0,5г солей аммония в сутки).

6. Высокий уровень глутамина в крови обуславливает его использование во многих анаболических реакциях в качестве донора азота (синтез азотистых оснований и др.)

7. Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени синтезом мочевины (86% азота в моче) в количестве ~25 г/сутки. Биосинтез мочевины – циклический процесс, где ключевым веществом является орнитин, присоединяющий карбомоил, образованный из NH 3 и CO 2 при активации 2АТФ. Образованный цитруллин в митохондриях транспортируется в цитозоль для введения второго атома азота из аспартата с образованием аргинина. Аргинин гидролизуется аргиназой и превращается снова в орнитин, а вторым продуктом гидролиза является мочевина, которая по сути дела в этом цикле образовалась из двух атомов азота (источники –NH 3 и аспартат) и одного атома углерода (из СО 2). Энергией обеспечивают 3АТФ (2-при образовании карбомолфосфата и 1 при образовании аргининосукцината).

8. Орнитиновый цикл тесно связан с ЦТК, т.к. аспартат образуется при трансаминировании ЩУК из ЦТК, а фумарат, оставшийся из аспартата после удаления NH 3 , возвращается в ЦТК и, при превращении его в ЩУК, образуются 3 АТФ, обеспечивающие биосинтез молекулы мочевины.

9. Наследственные нарушения орнитинового цикла (цитруллинемия, аргининосукцинатурия, гипераргининемия) ведут к гиперамминиемии и в тяжелых случаях могут привести к печеночной коме.

10. Норма мочевины в крови 2,5-8,3 ммоль/л. Понижение наблюдается при болезнях печени, повышение – результат почечной недостаточности.

Лабораторная работа

Биосинтез мочевины

I. Цель изучения: знать конечные продукты обмена белков в организме, основные источники образования аммиака, пути его обезвреживания из организма.

II. Уметь количественно определять содержание мочевины по цветной реакции с диацетилмонооксимом в сыворотке крови; познакомиться с физико-химическими свойствами мочевины.

III. Исходный уровень знаний: качественные реакции на аммиак (неорганическая химия).

IV. Ответить на вопросы контрольных итоговых билетов по теме: «Распад простых белков. Метаболизм аминокислот, конечные продукты азотистого обмена».

1. Конечными продуктами распада азотсодержащих веществ являются углекислый газ, вода и аммиак, в отличие от углеводов и липидов. Источником аммиака в организме являются аминокислоты, азотистые основания, амины. Аммиак образуется в результате прямого и непрямого дезаминирования аминокислот, (основной источник) гидролитического дезаминирования азотистых оснований, инактивации биогенных аминов.

2. Аммиак токсичен и его действие проявляется в нескольких функциональных системах: а) легко проникая через мембраны (нарушая трансмембранный перенос Na + и К +) в митохондриях связывается с α-кетоглутаратом и другими кетокислотами (ЦТК), образуя аминокислоты; в этих процессах используются и восстановительные эквиваленты (NADH+H +).

б) при высоких концентрациях аммиака глутамат и аспартат образуют амиды, используя и АТФ нарушая все тот же ЦТК, являющийся главным энергетическим источником работы мозга. в) Накопление глутамата в мозге повышает осмотическое давление, что ведет к развитию отека. г) Повышение концентрации аммиака в крови (N – 0.4 – 0.7 мг/л) сдвигает рН в щелочную сторону, повышая сродство О 2 к гемоглобину, что вызывает гипоксию нервной ткани. д) Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает угнетение обмена аминокислот (синтеза нейромедиаторов), ускорение синтеза оксалоацетата из пирувата, что связано с повышенным использованием СО 2 .

3. Гипераммониемия прежде всего отрицательно действует на мозг и сопровождается тошнотой, головокружением, потерей сознания, отставанием умственного развития (при хронической форме).

4. Основной реакцией связывания аммиака во всех клетках является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы в митохондриях, где используется для этой цели АТФ. Глутамин облегченной диффузией поступает в кровь и транспортируется в кишечник и почки. В кишечнике под действием глутаминазы образуется глутамат, который трансаминируется с пируватом, превращая его в аланин, поглощаемый печенью; 5% аммиака удаляется через кишечник, остальные 90% выводятся почками.

5. В почках также идет гидролиз глутамина с образованием аммиака под действием глутаминазы, которая активируется ацидозом. В просвете канальцев аммиак нейтрализует кислые продукты обмена образуя аммонийные соли для выведения, одновременно сокращая потери К + и Na + . (N – 0,5г солей аммония в сутки).

6. Высокий уровень глутамина в крови обуславливает его использование во многих анаболических реакциях в качестве донора азота (синтез азотистых оснований и др.)

7. Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени синтезом мочевины (86% азота в моче) в количестве ~25 г/сутки. Биосинтез мочевины – циклический процесс, где ключевым веществом является орнитин, присоединяющий карбомоил, образованный из NH 3 и CO 2 при активации 2АТФ. Образованный цитруллин в митохондриях транспортируется в цитозоль для введения второго атома азота из аспартата с образованием аргинина. Аргинин гидролизуется аргиназой и превращается снова в орнитин, а вторым продуктом гидролиза является мочевина, которая по сути дела в этом цикле образовалась из двух атомов азота (источники –NH 3 и аспартат) и одного атома углерода (из СО 2). Энергией обеспечивают 3АТФ (2-при образовании карбомолфосфата и 1 при образовании аргининосукцината).

8. Орнитиновый цикл тесно связан с ЦТК, т.к. аспартат образуется при трансаминировании ЩУК из ЦТК, а фумарат, оставшийся из аспартата после удаления NH 3 , возвращается в ЦТК и, при превращении его в ЩУК, образуются 3 АТФ, обеспечивающие биосинтез молекулы мочевины.

9. Наследственные нарушения орнитинового цикла (цитруллинемия, аргининосукцинатурия, гипераргининемия) ведут к гиперамминиемии и в тяжелых случаях могут привести к печеночной коме.

10. Норма мочевины в крови 2,5-8,3 ммоль/л. Понижение наблюдается при болезнях печени, повышение – результат почечной недостаточности.

Лабораторная работа