Биологическая химия - [56]

Аммиак образуется в организме при дезаминировании аминокислот, при распаде некоторых веществ, таких, как пуриновые и пиримидиновые основания, глютамин и др. Например, в почках аммиак выделяется при распаде глютамина.

Аммиак для организма является очень сильным токсическим веществом. Например, повышение его концентрации в крови только на 5% приводит к гибели кроликов. Поэтому организм в ходе эволюции выработал различные эффективные механизмы его обезвреживания. К основным из них относятся: образование глютамина, восстановительное аминирование, нейтрализация кислот, синтез мочевины.

Образование глютамина имеет важное значение для организма. Это связано с тем, что синтез глютамина в основном происходит в местах непосредственного образования аммиака, например в печени и мозге, где обнаружена активная глютаминсинтетаза — фермент, катализирующий этот процесс. В результате этого предотвращается проявление токсического действия аммиака. Обезвреженный таким путем NH₃ может быть использован организмом в качестве источника азота, например, для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, мукополисахаридов (глюкозамин). Это характеризует взаимосвязь белкового обмена с обменом нуклеиновых кислот и углеводов. Глютамин выступает в этих процессах в качестве транспортной формы аммиака.

Восстановительное аминирование представляет собой процесс, обратный дезаминированию. Он обеспечивает связывание аммиака кетокислотами с образованием соответствующих им аминокислот. В организме обнаружена активная ферментная система, которая катализирует восстановительное аминирование α-кетоглютаровой кислоты с образованием глютаминовой.

Нейтрализация неорганических и органических кислот аммиаком с образованием аммонийных солей является процессом обезвреживания аммиака в почках.

Синтез мочевины

Синтез мочевины служит основным путем детоксикации аммиака у млекопитающих и главной формой выделения белкового азота из организма. Из общего числа азотистых веществ в моче на долю азота мочевины приходится от 80 до 85%. Впервые принципиальная схема синтеза мочевины была предложена М. В. Ненцким. Ему удалось доказать, что синтез мочевины происходит из двух молекул аммиака и одной молекулы углекислого газа:

В специальных опытах И. В. Залеский и С. С. Салазкин в лаборатории И. П. Павлова установили, что если кровь воротной вены направить не в печень, а в нижнюю полую вену, т. е. миновать печень, то наступает резкое увеличение содержания аммиака в крови и отравление животного, нередко заканчивающееся его гибелью. Был сделан вывод, что печень является органом, где происходит обезвреживание аммиака.

Работами Кребса, Эмбдена, Клементи, Ратнера и других авторов было выяснено участие в этом процессе других веществ и ферментов, катализирующих реакции синтеза мочевины.

В современном представлении синтез мочевины изображен на схеме 4.

Схема 4

При детальном изучении синтез мочевины можно условно разделить на 3 этапа. На первых двух происходит связывание двух молекул аммиака в безвредные для организма соединения, а на третьем фактически происходит образование мочевины.

I этап. Молекула аммиака и углекислого газа за счет энергии, выделяемой при распаде АТФ, синтезируется в карбамилфосфат, который, соединяясь с орнитином (неприродная аминокислота), образует цитруллин.

Таким образом, в цитруллине зафиксированы одна молекула аммиака и СО₂.

II этап. Происходит связывание еще одной молекулы аммиака в глютаминовой кислоте путем восстановительного аминирования с α-кетоглютаровой кислотой. Глютаминовая кислота передает зафиксированную молекулу аммиака в виде NН₂-группы на щавелевоуксусную кислоту, которая превращается в аспарагиновую кислоту (процесс переаминирования).

III этап. На этом этапе и происходит синтез мочевины. Цитруллин и аспарагиновая кислота при участии энергии АТФ образуют аргинин-янтарную кислоту, которая расщепляется на фумаровую кислоту и аргинин. Под действием аргиназы аргинин распадается на орнитин и мочевину. Орнитин вновь может включаться в первый этап этого процесса, а образовавшаяся мочевина выводится почками из организма.

Обмен отдельных аминокислот

Аминокислоты, поступающие с пищей или образующиеся при распаде тканевых белков, главным образом идут на синтез белков. Однако многие аминокислоты принимают участие в образовании ряда веществ, которые имеют большое значение для жизнедеятельности организма.

Так, глицин идет на синтез креатина, серина, гемоглобина, пуриновых оснований, сиаловых и парных желчных кислот. Он принимает участие в обезвреживании бензойной, фенил-уксусной кислот и других ядовитых для организма веществ. При дезаминировании аланина образуется пировиноградная кислота, которая участвует в синтезе ацетил-КоА, а также глюкозы и гликогена.

Серии может явиться исходным веществом для образования 3-фосфоглицериновой кислоты, одного из субстратов обмена глюкозы и гликогена, этаноламина (азотистого основания, входящего в состав фосфолипида-кефалина), пировиноградной кислоты, цистеина.

Метионин в организме имеет важное значение как один из основных поставщиков метальных групп, необходимых для синтеза холина, тимина, адреналина и креатина.