Аммиак — биохимия
Аммиак постоянно образуется во всех органах и тканях организма. Наиболее активными его продуцентами в кровь являются органы с высоким обменом аминокислот и биогенных аминов — нервная ткань, печень, кишечник, мышцы.
Содержание
Основныe источники аммиака
Основными источниками аммиака являются следующие реакции:
- неокислительное дезаминирование некоторых аминокислот (серина, треонина, гистидина) — в печени;
- окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты во всех тканях (кроме мышечной), особенно в печени и почках;
- дезаминирование амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот — в печени и почках;
- катаболизм биогенных аминов — во всех тканях, в наибольшей степени в нервной ткани;
- жизнедеятельность бактерий толстого кишечника;
- распад пуриновых и пиримидиновых оснований — во всех тканях.
Связывание аммиака
Так как аммиак является чрезвычайно токсичным соединением, то в тканях существуют несколько реакций связывания (обезвреживания) аммиака – синтез глутаминовой кислоты и глутамина, синтез аспарагина, синтез карбамоилфосфата.
Синтез глутаминовой кислоты
Синтез глутаминовой кислоты (восстановительное аминирование) — взаимодействие α-кетоглутарата с аммиаком. Реакция по сути обратна реакции окислительного дезаминирования, однако в качестве кофермента используется НАДФН. Происходит практически во всех тканях, кроме мышечной, но имеет небольшое значение, т.к. для глутаматдегидрогеназы предпочтительным субстратом является глутаминовая кислота и равновесие реакции сдвинуто в сторону α-кетоглутарата.
Синтез глутамина
Синтез глутамина — взаимодействие глутамата с аммиаком. Является главным способом уборки аммиака, наиболее активно происходит в нервной и мышечной тканях, в почках, сетчатке глаза, печени. Реакция протекает в митохондриях.
Образование большого количества глутамина обеспечивает высокие концентрации его в крови (0,5-0,7 ммоль/л).
Так как глутамин проникает через клеточные мембраны путем облегченной диффузии, то он легко попадает не только в гепатоциты, но и в другие клетки, где есть потребность в аминогруппах. Азот, переносимый глутамином, используется клетками для синтеза пуринового и пиримидинового колец, гуанозинмонофосфата (ГМФ), аспарагина, глюкозамино-6-фосфата (предшественник всех остальных аминосахаров).
Синтез аспарагина
Синтез аспарагина — взаимодействие аспартата с аммиаком. Является второстепенным способом уборки аммиака, энергетически невыгоден, т.к. при этом тратятся 2 макроэргические связи.
Синтез карбамоилфосфата
Синтез карбамоилфосфата в митохондриях печени – реакция является первой в процессе синтеза мочевины, средства для удаления аммиака из организма.
Транспорт аммиака
Транспортными формами аммиака из тканей в печень являются глутамин и аланин, в меньшей степени аспарагин и глутамат, некоторое количество аммиака находится в крови в свободном виде. Глутамин и аланин являются наиболее представленными, их доля среди всех аминокислот крови составляет до 50 %. Большая часть глутамина поступает от мышц и нервной ткани, аланин переносит аммиак от мышц и стенки кишечника.
Глюкозо-аланиновый цикл
В мышцах основным акцептором лишнего аминного азота является пируват. При катаболизме белков в мышцах происходят реакции трансаминирования аминокислот, образуется глутамат, который далее передает аминоазот на пируват и образуется аланин. Из мышц с кровью аланин переносится в печень, где в обратной реакции передает свою аминогруппу на глутамат. Образующийся пируват используется как субстрат в реакциях синтеза глюкозы (глюконеогенез), а глутаминовая кислота дезаминируется и аммиак используется в синтезе мочевины.
Реакции, связанные с транспортными формами аммиака
Целевыми органами для транспорта аммиака являются печень, почки и кишечник. В печени:
- аспарагин и глутамин дезаминируются соответственно аспарагиназой и глутаминазой, образующийся аммиак используется для синтеза мочевины;
- аланин вступает в реакции трансаминирования с α-кетоглутаратом;
- глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию.
В кишечнике часть глутамина дезаминируется глутаминазой. После этого образованный аммиак выделяется в просвет кишечника (не более 5 %) или через кровь воротной вены уходит в печень, а глутамат вступает в трансаминирование с пируватом, в результате чего аминоазот переходит на аланин и с ним также поступает в печень, В почках идет образование аммонийных солей с использованием глутамата, глутамина и аспарагина.