Обезвреживание аммиака. Орнитиновый цикл

Аммиак, накапливающийся в процессе дезаминирования аминокислот, является токсическим соединением. Токсичность аммиака обусловлена тем, что он участвует в восстановительном аминировании α-кетоглутаровой кислоты в митохондриях, тем самым способствуя удалению α-кетоглутаровой кислоты из лимоннокислого цикла. Это, в свою очередь, обусловливает нарушение тканевого дыхания и вызывает образование избыточного количества кетоновых тел и холестерина из ацетил-КоА. Поэтому концентрация аммиака в норме в организме поддерживается на низком уровне (в норме в крови уровень аммиака не превышает 1-2 мг/л.).

У подавляющего числа растительных и животных видов аммиак переводится в безвредные для организма азотистые соединения: аспарагин, глутамин и мочевину.

Основной путь обезвреживания аммиака в организме состоит в образовании мочевины. Важнейшая роль в образовании мочевины принадлежит печени.

Образование мочевины, в основном, происходит в митохондриях клеток печени. Новообразование мочевины идет также в растениях. Путь ее возникновения у животных и растений одинаков и получил название орнитинового цикла.

Вначале из аммиака и углекислоты при участии АТФ и фермента карбамилфосфатсинтетазы синтезируется карбамилфосфат. Коферментом карбамилфосфатсинтетазы является биотин.

Карбаминовая группировка от карбамилфосфата переносится под влиянием орнитинкарбамилтрансферазы на орнитин (на его d-аминогруппу), который всегда присутствует в организме. В итоге образуется цитруллин.

Образующийся цитруллин вступает в ферментативную реакцию конденсации с аспарагиновой кислотой в присутствии АТФ с образованием аргининоянтарной кислоты. Реакция катализируется аргининосукцинатсинтетазой.

Аргининоянтарная кислота ферментативным путем (при участии фермента аргининосукцинатлиазы) расщепляется на аргинин и фумаровую кислоту.

Заключительной реакцией является гидролиз аргинина на орнитин и мочевину под влиянием фермента аргиназы. Весь процесс можно представить в виде схемы:

	Карбамилфосфат-синтетаза		орнитинкарбамил трансфераза	аргининосукцинатсинтетаза
	+Н2О+СО2+2АТФ		+ орнитин	+ аспарагиновая кислота+АТФ
аммиак	карбамилфосфат	цитруллин
	2АДФ+Ф		Ф		АМФ+ФФ
		аргининосукцинатлиаза		аргиназа +Н2О
Аргининоянтарная кислота		аргинин		Мочевина + орнитин
		фумаровая к-та

Высвободившийся орнитин вновь вступает в реакцию с новой молекулой карбамилфосфата, и все перечисленные реакции повторяются.

Основным итогом описанных многоступенчатых реакций является бесперебойная работа орнитинового цикла, в котором образуется мочевина, связывающая две молекулы аммиака.

Как уже говорилось, первая аминогруппа мочевины поставляется в виде свободного аммиака, образующегося в процессе окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты в митохондриях печени. Полагают также, что аммиак для синтеза мочевины может доставляться в печень из различных тканей глутамином крови, который в печени расщепляется с образованием аммиака и глутаминовой кислоты. Однако последний процесс более выражен в почечных канальцах большинства позвоночных; образующийся при этом аммиак выделяется из организма с мочой в виде аммонийных солей.

Вторая аминогруппа синтезируемой молекулы мочевины образуется за счет аспарагиновой кислоты.

В результате функционирования орнитинового цикла из аммиака, обладающего токсическими свойствами, образуется мочевина, являющаяся индифферентным для организма веществом. Последняя выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи.