Пути нейтрализации аммиака

В процессе катаболизма аминокислот у всех живых организмов образуется аммиак — соединение, токсичное даже в самых малых концентрациях. Его содержание в крови должно быть не более 40—50 мкмоль/л, иначе возможно нарушение функции мозга и развитие комы. Механизм токсичного действия аммиака на мозг пока не вполне ясен. При избытке аммиака в митохондриях клеток головного мозга активируется реакция восстановительного аминирования а-кетоглутарата. Результатом является се отток из пула промежуточных метаболитов цикла трикарбоновых кислот и как следствие снижение скорости окисления глюкозы, играющей роль главного источника энергии для клеток мозга. По-видимому, имеются и другие причины высокой чувствительности мозга к аммиаку, пока еще недостаточно изученные.

В зависимости от формы выведения аминного азота различные виды животных можно разделить на три группы:

• • аммониотелические животные, аминный азот у которых выводится из организма в виде свободного аммиака. К ним относятся большинство водных позвоночных, главным образом костистые рыбы;
• • уреотелические животные, аминный азот у которых выводится в виде мочевины; это преимущественно большинство наземных позвоночных животных;
• • урикотелические животные: птицы, змеи, ящерицы, у которых аммиак выводится в виде мочевой кислоты.

В организме человека примерно 90% образовавшегося аммиака выводится в виде мочевины, синтез которой происходит в печени. Транспорт аммиака из других органов в печень осуществляется в основном в виде глутамина (амида глутаминовой кислоты). Биосинтез глутамина (Глн) катализируется митохондриальным ферментом глутаминсинтетазой, присутствующим почти во всех тканях. На синтез одной амидной связи затрачивается энергия гидролиза 1 молекулы АТФ:

Глутамину принадлежит важная роль в обмене аминокислот и аммиака.

Значение глутаминсинтстазной реакции заключается в следующем.

• Глутамин — это нетоксичная форма хранения и транспорта аммиака кровью в печень, почки, кишечник, где его освобождение происходит путем гидролитического отщепления, катализируемого глутаминазой. Реакция является экзэргонической и идет без затраты энергии АТФ:

Глутамат, который при этом регенерирует, возвращается в ткани, а аммиак в почках используется на образование аммонийных солей, в печени — вовлекается в синтез мочевины.

• • Глутамин является донором азота в анаболических реакциях, например в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований.
• • Глутамин — это генетически детерминированная аминокислота, входящая в состав белков. Таким образом, образование его из глутамата — это путь синтеза заменимой аминокислоты в организме.
• • Глутамин в небольшом количестве выводится с мочой из организма.

Следовательно, он выполняет не только транспортную функцию аммиака в крови, но и функцию детоксикации и выведения его из организма.

Благодаря высокому сродству глутамата к NH₃, глутаминсинтетазной реакции принадлежит важная роль в поддержании низкой концентрации аммиака в крови и тканях.

Обезвреживание аммиака происходит также в реакции синтеза аспарагина (амида аспарагиновой кислоты), который может катализироваться двумя типами аспарагинсинтетаз: аммиакзависимой аспарагинсинтетазой (АЗ-АС;

микроорганизмы и животные) или глутаминзависимой аспарагинсинтетазой.

(ГЗ-АС), выделенной из животных тканей:

Функции аспарагина в определенной степени сходны с функциями глутамина. Так же как и глутамин, аспарагин является одной из 20 аминокислот, входящих в состав белков; осуществляет транспорт NH₃ в крови в нетоксичной форме; способен частично выводиться из организма с мочой.

Еще одним механизмом связывания аммиака является восстановительное аминирование а-кетоглутарата, т. с. в реакции, обратной окислительному дезаминированию глутамата, которая катализируется глутаматдегидрогеназой; донором восстановительных эквивалентов в этой реакции является восстановленная форма кофермента НАДН или НАДФН.

Синтез L-глутамата из а-кетоглутарата — одного из промежуточных метаболитов цикла трикарбоновых кислот важен для обмена других аминокислот, образующихся из глутамата. Однако вклад этой реакции в детоксикацию аммиака, по-видимому, невелик.

Около 4% от общего количества образовавшегося аммиака в организме выводится в виде аммонийных солей. Особенно активно переход неионизированной формы аммиака в ионизированную происходит в почках (уже в просвете почечного канальца) при ацидозе, когда образующийся в результате глутаминазной реакции аммиак нейтрализует кислоты:

Следует обратить внимание, что экскрекция аммиака почками в виде аммонийных солей служит в большей степени, по-видимому, именно для выведения кислот, а не азота. На это указывает значительная скорость их экскреции при ацидозе и отсутствие при алкалозе. Одновременно этот процесс обеспечивает сбережение организмом катионов Na* или К⁺, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот, и, следовательно, является одним из важных механизмов регуляции кислотно-шелочного и водно-солевого обменов.

Таким образом, в результате реакций синтеза амидов глутамата и аспартата — соответственно глутамина и аспарагина, удаления аммиака с помощью глутаматдегидрогеназы и образования аммонийных солей в почках в целом происходит детоксикация и выведение около 10% аминного азота катаболизируемых аминокислот, аминов, азотистых оснований и других азотсодержащих компонентов.