Умеренно активный человек, потребляющий в день около 300 г углеводов, 100 i жира и 100 г пищевого белка, должен за сутки выделять около 16,5 г азота. 95% азота удаляется через почки и остальные 5% - в составе фекалий. Главный путь экскреции азота у человека - в составе мочевины, которая синтезируется в печени, затем поступает в кровь и экскретируется почками. У людей с режимом питания, характерным для западных стран, на долю мочевины приходится 80-90% экскретируемого азота.
Реакции цикла мочевины
Реакции биосинтеза мочевины и соответствующие интермедиаты - представлены на рис. 30.13; в образовании 1 моля мочевины участвуют 1 моль ионов аммония. 1 моль двуокиси углерода (активируемой и АТР) и 1 моль а-аминного азота аспартата. В ходе синтеза потребляются 3 моля АТР (2 из них превращаются в ADP и а третий - в АМР и ), в нем последовательно участвуют пять ферментов, катализирующих реакции 1-5 на рис. 30.13. Из 6 аминокислот, вовлекаемых в синтез мочевины, одна (-ацетилглутамат) служит активатором одного из ферментов и в химических превращениях не участвует. Остальные пять-аспартат, аргинин, орнитин, цитруллин и аргининосукцинат - служат переносчиками атомов, которые в итоге образуют молекулу мочевины. Первые две из этих аминокислот входят в состав белков, тогда как три другие (орнитин, цитруллин и аргининосукцинат) в состав белков не входят. Главной метаболической ролью этих трех последних аминокислот у млекопитающих является участие в синтезе мочевины. Обратите внимание, что образование мочевины является частично циклическим процессом. Орнитин, участвующий в реакции 2, регенерируется в ходе реакции 5. Таким образом, ни потерь, ни накопления орнитина, ци-труллина, аргининосукцината и аргинина в ходе синтеза мочевины не происходит; потребляются только ион аммония, , АТР и аспартат.
Реакция 1: синтез карбамонлфосфата. Конденсация иона аммония, двуокиси углерода и фосфата (поступаюше! о от АТР), которая приводит к образованию карбамонлфосфата, катализируется карбамоилфосфатсинтазой-ферментом, находящимся в митохондриях печени всех уреотелических организмов, включая человека. Осуществляемый в ходе этой реакции гидролиз двух молекул АТР обеспечивает энергией образование двух ковалентных связей: амидной связи и ангидридной связи при образовании карбамоил-фосфата из карбоновой и фосфорной кислот. Для данной реакции требуются ионы , а также дикарбоновая кислота, предпочтительно N-ацетилглутамат. В присутствии
(см. скан)
Рис. 30.13. Реакции и интермедиаты при биосинтезе мочевины. Вылетены амины, непосредственно участвующие в образовании мочевины. Звезлочкой отмечены митохондриальные ферменты.
этих соединений происходят значительные конформационные изменения структуры карбамоил-фосфатсинтазы, в результате которых одни сульфгидрильные группы экспонируются, другие экранируются и увеличивается сродство фермента к АТР.
Реакция 2: синтез цитруллнна. Перенос карбамоильной группы с карбамонлфосфата на орнитин с образованием цитруллина и катализируется L-орнитин-карбамоилтрансферазой митохондрий печени. Реакция высокоспецифична к орнитину, равновесие ее сильно сдвинуто в направлении синтеза цитруллина.
Реакция 3: синтез аргининосукцината. В реакции, катализируемой аргининосукцинат-синтазой, к цитруллину присоединяется аминогруппа аспартата. Для реакции требуется АТР, равновесие сильно сдвинуто в направлении синтеза аргининосукцината.
Реакция 4: расщепление аргининосукцината на аргинин и фумарат. Обратимое расщепление аргининосукцината на аргинин и фумарат катализируется аргининосукциназой-ферментом, находящимся в печени и почках млекопитающих. Реакция протекает по механизму элиминирования. Образовавшийся фумарат может превратиться в оксалоацетат в ходе реакций, катализируемых фумаразой и малат-дегидрогеназой; оксалоацетат при переаминировании превращается в аспартат.
Реакция 5: расщепление аргинина на орнитин и мочевину. Эта реакция завершает цикл мочевины и регенерирует
орнитин, субстрат реакции 2. Гидролитиче-ское отщепление гуанидиновой группы аргинина катализируется аргиназой, присутствующей в печени всех уреотелических организмов. В небольших количествах аргиназа обнаружена также в почках, мозгу, молочных железах, семенниках и в коже. Аргиназа из печени млекопитающих активируется ионами или Сильными ингибиторами фермента являются орнитин и лизин, конкурирующие с аргинином
Аммиак образуется в результате дезаминирования аминокислот, амидов, аминов, а также нуклеотидов. Основным источником аммиака является окисление глутамата глутаматдегидрогеназы, что происходит практически во всех тканях организма.
Поскольку аммиак высокотоксичное вещество, особенно для нервной системы, в процессе эволюции в организме человека выработались в-скончались механизмы его обезвреживания. Уровень аммиака в крови в норме не превышает 50 мкмоль / л. Токсичность аммиака обусловлена рядом факторов. В тканях и жидкостях организма аммиак преимущественно находится в виде катиона аммония (NН 4 +), что плохо проникает через мембраны. Но в равновесии с NН4 + находится около 1% свободного аммиака, легко проходит через мембраны. В митохондриях аммиак взаимодействует с альфа-кетоглутаратом в обратной глутаматдегидрогеназний реакции, давая глутамат. Высокое содержание аммиака стимулирует отток альфа-кетоглутарата из цикла лимонной кислоты, а следовательно, снижение митохондриального окисления и синтеза АТФ, причем наиболее чувствительны клетки мозга, которые обеспечиваются энергией почти полностью за счет аэробной распада глюкозы.
Основными конечными продуктами метаболизма аммиака в животных и человека является мочевина, образование которой происходит в печени. Перенос аммиака от периферических тканей к печени и почек осуществляется в виде глутамина. Эта аминокислота образуется из глутаминовой кислоты путем присоединения аммиака под действием глутаминсинтетазы.
Глутамин является нейтральным нетоксичным соединением, которая, в отличие от глутамата, легко проходит через клеточные мембраны. В мозгу действие глутаминсинтетазы сочетается с действием глутаматдегидрогеназы, функционирующей преимущественно в направлении синтеза глутамата с альфа-кетоглутарата. С мозга глутамин свободно диффундирует в кровь или спинномозговую жидкость, устраняя при этом две молекулы токсичного аммиака.
Глутаминсинтетаза активная и в печени. Здесь она поддерживает внутриклеточную концентрацию аммиака на уровне, не достигает границ токсичности. В печени и почках глутамин под действием глутаминазы гидролизуется до глутамата и свободного аммиака. В транспорте аммиака из мышц в печень участвует нейтральная аминокислота – аланин. При интенсивной мышечной работе часть аминокислот путем глюконеогенеза превращается в глюкозу. В этих условиях в мышцах образуется значительное количество аммиака. Аммиак взаимодействует с альфа-кетоглутаратом, образуется глутамат. Последний взаимодействует с пирувата, содержание которого за счет усиления гликолиза во время работы повышается. Происходит реакция переаминирования между пирувата и глутаматом.
Аланин переносится с кровью в печень, где под действием аланинаминотрансферазы передает аминогруппу альфа-кетоглутарата, а дальше с глутамата в глутаматдегидрогеназний реакции освобождается аммиак. С пирувата в печени ресинтезуеться глюкоза, которая вновь днадходить в мышцы.
Циклический процесс синтеза мочевины открытый Г. Кребса и К. Хенселайтом в 1932 году. В цикле участвуют две аминокислоты, которые не входят в состав белков (орнитин и цитруллин), и две аминокислоты, содержащиеся в белках (аргинин и аспартат). Кребс и Хенселайт открыли, что скорость синтеза мочевины резко возрастает, когда в среду добавляют орнитин, аргинин или цитруллин. На основе этих фактов Кребс предложил схему синтеза мочевины. Цикл состоит из 5 реакций, каждая из которых катализируется отдельным ферментом.
Цикл образования мочевины и цикл лимонной кислоты тесно взаимосвязаны. Так, поступления СО2 и АТФ, необходимых для образования мочевины, обеспечивается работой цикла лимонной кислоты. Фумаровая кислота, которая образуется при расщеплении аргининосукцинату, с участием ферментов цикла лимонной кислоты превращается из малат в оксалоацетат, а последний в реакции трансаминирования с глутаматом снова дает аспартат. Непосредственными источниками атомов азота молекулы мочевины является аммиак и аспартат. Оба они могут быть получены из глутамата: аммиак – путем окислительного дезаминирования, аспартат – трансаминирования. А благодаря Трансаминирование с альфа-кетоглутаратом все аминокислоты способны отдать аминогруппы в мочевину, конечный продукт катаболизма аминокислот в организме человека.
Мочевина является нейтральной нетоксичной водорастворимой составом. Она доставляется кровью в почки и выходит с мочой. За сутки из организма выделяется в среднем 30 г мочевины, что составляет 80-90% всего азота в моче. При колебании количества белка в пище поддержка азотового равновесия достигается путем изменения скорости образования мочевины. Так, при богатой белками пищи в печени повышается активность аминотрансфераз и растет количество ферментов орнитинового цикла. Повышенный распад белков тела также сопровождается увеличением синтеза и секреции мочевины.
При заболеваниях печени способность организма обезвреживать токсичный аммиак путем образования нетоксичной мочевины снижается, в крови увеличивается содержание аммиака (гипераммониемия), может развиться печеночная кома. Встречаются врожденные гипераммониемии вследствие генетического дефекта ферментов цикла образования мочевины. При дефектах первых двух ферментов цикла (карбамоилфосфатсинтетазы и орнитинкарбамоилтрансферазы) в крови возрастает концентрация аммиака, а при дефектах других трех ферментов – аммиака и промежуточных продуктов цикла. Промежуточные продукты (цитруллин, аргининосукцинат, аргинин) выводятся с мочой и могут быть обнаружены при анализе мочи. Активность дефектных ферментов может быть снижена в разной степени, вплоть до полного отсутствия. Соответственно, различными по величине будут гипераммониемия, накопления промежуточных продуктов и снижение содержания мочевины в моче. В некоторых случаях может наступить смерть в течение первых месяцев жизни. Если ребенок выживает, то наблюдается отставание в умственном развитии. Ограничение потребления белка с пищей в раннем детстве к минимальному количеству, достаточной для поддержания роста и развития, позволяет уменьшить возможность поражений мозга. Диагноз врожденных нарушений устанавливают путем определения содержания аммиака и промежуточных продуктов орнитинового цикла в крови и моче, а также путем определения активности ферментов в биоптатах печени. Иногда длительные головные боли служат единственным симптомом, свидетельствующим о повышении в крови уровня аммиака, обусловлено дефицитом ферментов, необходимых для синтеза мочевины, или поражением печени.
Образование мочевины в печени снижается при повышении кислотности в организме (ацидоз), поскольку в таких случаях часть аммиака используется на нейтрализацию кислотных продуктов и выделяется в виде солей аммония. Небольшое количество этих солей выделяется с мочой как нормальный продукт обмена (около 0,5 г в сутки). При ацидозе клетки почек захватывают с циркулирующей крови глутамин, возрастает активность глутаминазы и при гидролизе глутамина освобождается аммиак. Нейтральные молекулы аммиака свободно диффундируют из клеток эпителия канальцев почек в мочу, где взаимодействуют с ионами водорода, образуя катионы аммония. Последние не способны свободно проникать через мембраны, благодаря чему они образуют аммонийные соли с фосфатами и анионами органических кислот, которые выводятся с мочой. Одновременно этот процесс позволяет экономить запасы в организме ионов натрия, которые при отсутствии ионов аммония выводились бы с анионами кислоты. Адаптивном увеличению образования аммонийных солей в ответ на ацидоз способствуют также повышенный синтез глутамина в печени и поступление его в кровь, повышение захвата глутамина клетками почек, повышенный синтез в почках глутаминазы. При тяжелых формах сахарного диабета содержание аммонийных солей в моче возрастает в 10 раз и более.
Основное количество аммиака образуется из аминокислот. Обратный процесс, то есть связывание аммиака с альфа-кетоглутаратом в реакции восстановительного аминирования и последующее трансаминирования может обеспечить синтез глутамата и других заменимых аминокислот, но в организме человека поток азота от аминокислот к аммиака значительно преобладает противоположный поток. Глутамин выполняет функцию транспортной формы аммиака. Образование и выделение солей аммония служат одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме. Основной конечный продукт азотового обмена у человека, а также млекопитающих – мочевина. Рыбы выделяют аминный азот в виде свободного аммиака, а птицы и рептилии – мочевой кислоты.
ПОДІЛИТИСЯ:
Чтобы организм человека поддерживал нормальную жизнедеятельность, он выработал механизмы выведения токсических веществ. Среди них аммиак - конечный продукт метаболизма азотистых соединений, прежде всего белков. NH 3 токсичен для организма, и, как любой яд, выводится через выделительную систему. Но прежде аммиак претерпевает целый ряд последовательных реакций, который носит название орнитиновый цикл.
Типы азотистого обмена
Не для всех животных характерно выделение аммиака в окружающую среду. Альтернативными конечными веществами метаболизма азота являются и мочевина. Соответственно, называют три типа азотистого обмена, в зависимости от выделяемого вещества.
Аммониотелический тип. Конечным веществом здесь является бесцветный газ, растворимый в воде. Аммониотелия характерна для всех рыб, которые обитают в соленых водоемах.
Уреотелический тип. Животные, для которых характерна уреотелия, выделяют в окружающую среду мочевину. Примерами являются пресноводные рыбы, амфибии и млекопитающие, в том числе и человек.
Урикотелический тип. Сюда относятся те представители животного мира, у которых конечным метаболитом являются Это вещество как продукт азотистого обмена встречается у птиц и пресмыкающихся.
В любом из этих случаев задача конечного продукта обмена - это выведение ненужного азота из организма. Если этого не происходит, наблюдается таксация клеток и ингибирование важных реакций.
Мочевина - это амид угольной кислоты. Она образуется из аммиака, углекислого газа, азота и аминогрупп некоторых веществ во время протекания реакций орнитинового цикла. Мочевина - это продукт выделения уреотелических животных, среди которых и человек.
Мочевина является одним из способов экскреции избытка азота из организма. Образование этого вещества несет протекторную функцию, т.к. предшественник мочевины - аммиак, токсичен для клеток человека.
При переработке 100 г белка различной природы с мочой выделяется 20-25 г мочевины. Вещество синтезируется в печени, а после с током крови попадает в нефрон почки и выводится вместе с мочой.
Печень - главный орган синтеза мочевины
Во всем организме человека не найдется такой клетки, в которой будут присутствовать абсолютно все ферменты орнитинового цикла. Кроме гепатоцитов, конечно. Функция клеток печени состоит не только в синтезе и разрушении гемоглобина, но и в проведении всех реакций синтеза мочевины.
Под описание орнитинового цикла подходит тот факт, что он является единственным способом удаления азота из организма. Если на практике ингибировать синтез или действие главных ферментов, синтез мочевины остановится, а организм погибнет от переизбытка аммиака в крови.
Орнитиновый цикл. Биохимия реакций
Цикл синтеза мочевины проходит в несколько этапов. Общая схема орнитинового цикла представлена ниже (картинка), поэтому разберем каждую реакцию в отдельности. Первые две стадии протекают непосредственно в митохондриях клеток печени.
NH 3 реагирует с углекислым газом с затратой двух молекул АТФ. В результате этой энергозатратной реакции образуется карбамоилфосфат, в котором содержится макроэргическая связь. Катализирует этот процесс фермент карбамоилфосфат-синтетаза.
Карбамоилфосфат вступает в реакцию с орнитином под действием фермента орнитин-карбамоил-трансферазы. В итоге разрушается, а за счет ее энергии образуется цитруллин.
Третья и последующие стадии протекают не в митохондриях, а в цитоплазме гепатоцитов.
Идет реакция между цитруллином и аспаратом. С затратой 1 молекулы АТФ и под действием фермента аргинино-сукцинат-синтазы образуется аргинино-сукцинат.
Аргинино-сукцинат в совокупности с ферментом аргинино-сукцина-лиаза расщепляется до аргинина и фумарата.
Аргинин в присутствии воды и под действием аргиназы расщепляется до орнитина (1 реакция) и мочевины (конечный продукт). Цикл замкнулся.
Энергетика цикла синтеза мочевины
Орнитиновый цикл - энергозатратный процесс, при котором расходуются макроэргические связи молекул аденозинтрифосфата (АТФ). На протяжении всех 5 реакции в совокупности образуются 3 молекулы АДФ. К тому же энергия уходит на транспорт веществ из митохондрии в цитоплазму и наоборот. Откуда же берется АТФ?
Фумарат, который образовался в четвертой реакции, может быть использован как субстрат в цикле трикарбоновых кислот. В ходе синтеза малата из фумарата выделяется НАДФН, который дает в результате 3 молекулы АТФ.
Реакция дезаминирования глутамата также играет роль в снабжении клеток печени энергией. При этом выделяются также 3 молекулы АТФ, которые идут на синтез мочевины.
Регуляция активности орнитинового цикла
В норме каскад реакций синтеза мочевины функционирует на 60% от возможного значения. При повышенном содержании белка в пище происходит ускорение реакций, что приводит к повышению общего КПД. Метаболические нарушения орнитинового цикла наблюдаются при высоких физических нагрузках и длительном голодании, когда организм начинает расщеплять собственные белки.
Регулирование работы орнитинового цикла может происходить и на биохимическом уровне. Здесь мишенью является основной фермент карбамоилфосфат-синтетаза. Его аллостерическим активатором является N-ацетил-глутамат. При его большом содержании в организме реакции синтеза мочевины протекают нормально. При недостатке самого вещества или его предшественников, глутамата и ацетил-КоА, орнитиновый цикл теряет свою функциональную нагрузку.
Связь цикла синтеза мочевины и цикла Кребса
Реакции обоих процессов протекают в матриксе митохондрий. Это дает возможность участвовать некоторым органическим веществам в двух биохимических процессах.
СО 2 и аденозинтрифосфат, которые образуются в цикле лимонной кислоты, являются предшественниками карбамоилфосфата. АТФ также является важнейшим источником энергии.
Орнитиновый цикл, реакции которого протекают в гепатоцитах печени, - это источник фумарата, одного из важнейших субстратов в Более того, это вещество в результате нескольких поэтапных реакций дает начало аспартату, который, в свою очередь, используется в биосинтезе орнитинового цикла. Реакция с участием фумарата является источником НАДФ, с помощью которого можно фосфорилировать АДФ до АТФ.
Биологический смысл орнитинового цикла
Подавляющая часть азота поступает в организм в составе белков. В аминокислоты разрушаются, образуется аммиак как конечный продукт обменных процессов. Орнитиновый цикл - это несколько последовательных реакций, главная задача которых состоит в детоксикации NH 3 с помощью его перевода в мочевину. Мочевина, в свою очередь, поступает в нефрон почки и выводится из организма с мочой.
Кроме того, побочно орнитиновый цикл является источником аргинина - одной из незаменимых аминокислот.
Нарушения в синтезе мочевины может привести к такому заболеванию, как гипераммониемия. Эта патология характеризуется повышенной концентрацией ионов аммония NH 4 + в крови человека. Эти ионы отрицательно сказываются на жизнедеятельности организма, выключая или замедляя некоторые важные процессы. Игнорирование этого заболевания может привести к летальному исходу.
Аммиак тем или иным путем поступивший в печень или образовавшийся в гепатоцитах вступает в цикл мочевинообразования открытый в 1932 г.
Синтез мочевины начинается с образования в митохондриях печени карбомоилфосфата.
Вторая реакция мочевинообразования протекает так же в митохондриях (трансфераза обеспечивает перенос остатка карбомонила на молекулу арнитина-монокарбоновая кислота содержащая 5 углеродных атомов). Образуется аминокислота - цитрулин.
Дальнейшие реакции мочевинообразования протекают в цитозоле. В следующей реакции участвует цитрулин и аспартат (фермент - аргининосукцинатсинтетаза). В этой реакции участвуют цитрулин и аспартат. Реакция эгнергозависимая. В ходе реакции происходит расщепление АТФ до АМФ и пирофосфата и образуется аргининоянтарная кислота или аргининосукцинат.
От куда клетки находят аспартат? Аспартат образуется в ходе реакций трансаминирования из оксалоацетата - промежуточного продукта цикла Кребса, который подвергается реакции взаимодействия с глутоматом и образуется аспартат.
Дальше в ходе следующего процесса происходит лиазная реакция (лиазное расщепление - расщепление не гидролитическим путем) (фермент- аргининосукцинатлиаза). Происходит расщепление и в итоге образуется аминокислота аргинин и отщепляется остаток в виде фумаровой кислоты.
Фумаровая кислота - промежуточный продукт цикла Кребса, присоединяя воду превращается в малат, малат дегидрируется и превращается в оксалоацетат, а оксалоацетат за счет трансаминирования может превращаться в аспартат, который поставляет один атом азота.
Последняя реакция мочевинообразования катализируемая ферментом обладающим абсолютной специфичностью аргиниза. Происходит расщепление аргинина, образуется полный амид угольной кислоты получивший название мочевина и регенирирует орнитин. Отсюда название цикла - орнитиновый цикл мочевинообразования.
В ходе следующей реакции арнитин вновь вступая в реакцию взаимодействия с карбомоилфосфататом может давать цитрулин и дальнейшее повторение реакций приводит к увеличению синтезированной мочевины.
Необратимой реакцией в этом процессе является реакция с участием аргининосукцинатсинтетазы - термодинамический контроль направления процесса в целом.
Синтез идет из углекислого газа, аммиака,
Источником углерода в мочевине является несомненно углекислый газ. Один атом азот происходит из аммиака, а второй атом азота по происхождению из аспартата. На синтез 1 молекулы мочевины клетка затрачивает 4 макроэргических эквивалента. В норме концентрация мочевины в крови составляет величину 3,3-8,3 млмоль/л. Причем азот мочевины составляет примерно 50% всего небелкового азота крови.
Суточное выведение мочевины из организма составляет 20-35 гр. Фермент аргиназа как и аргинин присутствует и в других тканях например головной мозг, почки, кожа. Однако в количественном отношении образование мочевины в этих органах крайне незначительно.
Необходимо отметить, что количество мочевины выводимое с мочой зависит от нескольких факторов.
n Количество выводимой мочевины будет так же уменьшаться при патологии почек, которое сопровождается задержкой азотистых шлаков в организме.
n Выведение мочевины может снижаться при тяжелой патологии печени как следствие нарушения синтеза мочевины.
Выведение аммиака в виде солей аммония почками.
Глутамин - основной продукт в виде которого транспортируется аммиак в почках подвергается гидролизу с участием фермента - глутоминазы.
В итоге образуется аммиак, который являясь основанием, легко образует ион аммония. Далее ион аммония взаимодействует с анионами в результате образуются соли аммония.
Таким образом выведение каждой молекулы аммиака с мочой сопровождается с захватом протона, т.е. выведение аммиака сопровождается одновременно с выведением из организма кислотных эквивалентов.
Оказывается почечная глутоминиза является индуцидыльным ферментом. Синтез фермента активируется при накоплении в крови кислотных эквивалентов или иначепри развитии ацидоза . В результате происходит нарастание выведения аммонийных солей с мочей, а вместе с ними и кислотных эквивалентов. Т.е. мы имеем дело с типичной защитной реакцией организма направленной на компенсацию возникшей по той или иной причине ацидоза. Поэтому при ацидозе количество аммонийных солей выводимых с мочей резко увеличивается. В то время как при алколозе практически человек полностью прекращает их образование.
Мочевина (карбамид) - полный амид угольной кислоты - содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I (см. схему А ниже).
В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg 2+ . В реакции затрачивается 1 моль АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей. Аспартат - источник второго атома азота мочевины (см. схему А на с. 483).
Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са 2+ или Мn 2+ . Высокие концентрации орнитина и лизина, являющихся структурными аналогами аргинина, подавляют активность этого фермента:
Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.
Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения.
Суммарное уравнение синтеза мочевины:
СО 2 + NH 3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н 2 О → Мочевина + Фумарат + 2 (АДФ + Н 3 Р0 4) + АМФ + H 4 P 2 O 7 .
Аммиак, используемый карбамоилфосфатсинтетазой I, поставляется в печень с кровью ворот-вены. Роль других источников, в том числе гсительного дезаминирования глутаминовой эты в печени, существенно меньше.
Аспартат, необходимый для синтеза аргининокцината, образуется в печени путём трансаминирования аланина с оксалоацетатом. Алании поступает главным образом из мышц и клеток кишечника. Источником оксалоацетата, необходимого для этой реакции, можно считать превращение фумарата, образующегося в реакциях орнитинового цикла. Фумарат в результате двух реакций цитратного цикла превращается в оксалоацетат, из которого путём трансаминирования образуется аспартат (рис. 9-17). Таким образом, с орнитиновым циклом сопряжён цикл регенерации аспартата из фумарата. Пиру ват, образующийся в этом цикле из аланина, используется для глюконеогенеза.
Ещё одним источником аспартата для орнитинового цикла является Трансаминирование глутамата с оксалоацетатом.
Энергетический баланс процесса
В реакциях орнитинового цикла расходуются четыре макроэргических связи трёх молекул АТФ на каждый оборот цикла. Однако процесс превращения аминокислот в безазотистые остатки и мочевину имеет пути компенсации энергозатрат:
при включении фумарата в ЦТК на стадии дегидрирования малата образуется NADH, который обеспечивает синтез 3 молекул АТФ (рис. 9-18);
при окислительном дезаминировании глу-тамата в разных органах также образуется NADH, соответственно - ещё 3 молекулы АТФ.
Затраты энергии происходят также и при трансмембранном переносе веществ, связанном с синтезом и экскрецией мочевины (рис. 9-18). Первые две реакции орнитинового цикла происходят в митохондриях, а последующие три - в цитозоле. Цитруллин, образующийся в митохондрии, должен быть перенесён в цитозоль, а орнитин, образующийся в цитозоле, необходимо транспортировать в митохондрию. Кроме того, в почках перенос мочевины из крови в мочу происходит путём активного транспорта за счёт градиента ионов натрия, создаваемого К + ,Nа + -АТФ-азой, что тоже сопряжено с энергозатратами.
Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в гепатоцитах. Отдельные же ферменты орнитинового цикла обнаруживаются не только в печени, но и в других клетках. В энтероцитах, например, имеется карбамоилфосфат-синтетаза I и орнитинкарбамоилтрансфераза, следовательно, может синтезироваться цитруллин. В почках обнаружены аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза. Цитруллин, образовавшийся в энтероцитах, может поступать в почки и превращаться там в аргинин, который переносится в печень и гидролизуется аргиназой. Активность этих рассеянных по разным органам ферментов значительно ниже, чем в печени.