При расщеплении белков, нуклеиновых кислот и других азотсодержащих соединений образуются токсичные вещества - аммиак, мочевина и мочевая кислота, токсический эффект которых соответственно снижается в приведенном ряду. В зависимости от того, в какой из этих трех форм преимущественно выделяется азот, животных подразделяют на три группы
:
аммониотелические
(выделяющие свободный аммиак),
уреотелические
(выделяющие мочевину) и
урикотелические
(выделяющие мочевую кислоту).
Форма выделения продуктов азотистого обмена тесно связана с условиями жизни животного и
обеспеченностью водой
. Аммиак весьма токсичен даже в малых концентрациях. Благодаря хорошей растворимости и небольшому молекулярному весу, он легко диффундирует через любую поверхность, соприкасающуюся с водой
. Аммиак
является конечным продуктом азотистого обмена
у водных беспозвоночных, костных рыб, личинок и постоянно живущих в воде земноводных.
Наземные животные ограничены в воде: чтобы избежать накопления аммиака в тканях и жидкостях тела, они должны преобразовать его в конечные продукты, нетоксичные для организма. Наземные ресничные черви, земноводные, млекопитающие выделяют мочевину.
Низкая растворимость мочевой кислоты , выпадение ее в осадок делает ее осмотически неактивной. Для ее выведения из организма вода практически не нужна. Урикотелия в основном характерна для животных, освоивших наземную, в том числе и засушливую, среду (наземные насекомые, чешуйчатые пресмыкающиеся, птицы).
Водно-солевой обмен рыб
Почки рыб выводят аммиак, соли, воду; почки наземных позвоночных - мочевину, мочевую кислоту, соли, воду. Выделительная система рыб служит для выведения из организма продуктов обмена и обеспечения его водно-солевого состава. Она включает:
Основную массу туловищной почки заполняют нефроны. Нефрон состоит из:
1) мальпигиева тельца (клубочек капиллярных сосудов, заключенный в боуменову капсулу);
2) выделительного канальца.
Артериальная кровь по почечным артериям поступает в сосудистые клубочки, где фильтруется и образуется первичная моча. В средней части выделительных канальцев происходит обратное всасывание полезных для организма веществ (сахара, витамины, аминокислоты, вода) и образуется вторичная, или окончательная, моча. У хрящевых рыб основным компонентом мочи является мочевина, у костистых - аммиак (аммиак намного токсичнее мочевины).
Выделение продуктов распада тесно связано с водно-солевым обменом рыб. У морских и пресноводных рыб эти процессы протекают различно.
When a fish eats protein, like the peel of an orange part of it goes unused and becomes waste. As Dave McShaffrey, professor of biology at Marietta College in Ohio, explains on the college website, “When proteins are converted to carbohydrates to provide energy, the amino group is removed and must be dealt with.” In saltwater fish, this nitrogen-rich waste is usually converted to either ammonia or urea, which is one of the main excretory products of saltwater fish. Ammonia is easier to produce, but urea is less toxic, requires less water and gets rid of twice as much nitrogen. Theword “ urine ” is related to “ urea .”
Морские хрящевые рыбы живут в изотоничной среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей равно давлению окружающей среды). У них изотоничность внутренней и внешней среды обеспечивается за счет удержания в крови и тканевых жидкостях мочевины и солей (концентрация мочевины в крови у них достигает 2,6%). Через почки наружу у них выводятся лишь излишки мочевины, солей и воды, количество выделяемой мочи невелико (2-50 мл на 1 кг массы тела в сутки). У морских хрящевых рыб для выведения избытка солей сформировалась особая ректальная железа, открывающаяся в прямую кишку.
Все пресноводные рыбы живут в гипотонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей выше, чем в окружающей среде), поэтому вода постоянно проникает в организм через кожу, жабры, с пищей. Чтобы избежать обводнения пресноводные рыбы имеют хорошо развитый фильтрационный аппарат почек, что позволяет им выделять большое количество мочи (50-300 л на 1 кг массы тела в сутки). Потеря солей с мочой компенсируется активной их реабсорбцией в почечных канальцах и поглощением солей жабрами из воды, часть солей поступает с пищей.
Морские костистые рыбы живут в гипертонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей ниже, чем в окружающей среде), поэтому вода выходит из организма через кожу, жабры, с мочой и фекалиями. Во избежание иссушения они пьют соленую воду (от 40 до 200 мл на 1 кг массы в сутки), которая из кишечника всасывается в кровь. У морских костистых рыб уменьшается число клубочков в почках, а у некоторых рыб исчезают совсем (морская игла, морской черт). Таким образом, почки выводят небольшое количество мочи (0,5-20 мл на 1 кг массы тела в сутки).
Проходные рыбы при переходе из одной среды в другую могут изменять способ осморегуляции: в морской среде она осуществляется как у морских рыб, а в пресной - как у пресноводных. Такие адаптации водно-солевого обмена позволили костистым рыбам широко освоить пресные и соленые водоемы.
Адаптации наземных животных к выделению веществ
According to New World Encyclopedia, reptiles use two small kidneys as tools for excretion. The kidneys serve to filter the nitrogen from the animal"s bloodstream, then turn it into waste. The nitrogen then exits the body in dry form as uric acid crystals along with the feces. According to Stanford University, the kidneys in a bird also function as a means to remove nitrogen from the blood. The white substance found in bird droppings is actually uric acid, which is not water soluble. In both reptiles and birds, eliminating the nitrogen requires that the body exerts a great deal of energy. Both species are able to efficiently remove the nitrogen while losing very little water in the waste product.
Адаптации пустынных животных к выделению веществ
Обитатели полупустынных биотопов большую часть воды получают, поедая сочные части суккулентных растений. Их кожно-легочные потери воды минимальны. Так, при температуре 20°С они достигают у относительно влаголюбивого вида - гребенщиковой песчанки 170 см
3
, а у сухолюбивой большой песчанки - только 50 см
3
на 1 кг массы за 1 ч. Настоящие пустынные млекопитающие способны поедать почти сухие корма и практически не пить в течение всей жизни, удовлетворяя свои потребности лишь за счет образующейся в организме метаболической воды. Верблюды в кормные и влажные сезоны запасают жир, расходуемый в малокормное и сухое время - при этом образуется некоторое количество воды; наконец, во время отдыха и сна они снижают температуру тела, что также сокращает расход воды.
Desert Animals
Coping with water loss is a particular problem for animals that live in dry conditions. Some, like the camel, have developed great tolerance for dehydration. For example, under some conditions, camels can withstand the loss of one third of their body mass as water. They can also survive wide daily changes in temperature. This means they do not have to use large quantities of water in sweat to cool the body by evaporation.Smaller animals are more able than large ones to avoid extremes of temperature or dry conditions by resting in sheltered more humid situations during the day and being active only at night.The kangaroo rat is able to survive without access to any drinking water at all because it does not sweat and produces extremely concentrated urine. Water from its food and from chemical processes is sufficient to supply all its requirements.
Какой из нефронов принадлежит верблюду, а какой – рептилии? Почему вы сделали такой выбор?
Fresh Water Fish
Although the skin of fish is more or less waterproof, the gills are very porous. The body fluids of fish that live in fresh water have a higher concentration of dissolved substances than the water in which they swim. In other words the body fluids of fresh water fish are hypertonic to the water (see chapter 3). Water therefore flows into the body by osmosis . To stop the body fluids being constantly diluted fresh water fish produce large quantities of dilute urine.
Marine Fish
Marine fish like the sharks and dogfish have body fluids that have the same concentration of dissolved substances as the water (isotonic ) have little problem with water balance. However, marine bony fish like red cod, snapper and sole, have body fluids with a lower concentration of dissolved substances than seawater (they are hypotonic to seawater). This means that water tends to flow out of their bodies by osmosis. To make up this fluid loss they drink seawater and get rid of the excess salt by excreting it from the gills.
Marine Birds
Marine birds that eat marine fish take in large quantities of salt and some only have access to seawater for drinking. Bird’s kidneys are unable to produce very concentrated urine, so they have developed a salt gland. This excretes a concentrated salt solution into the nose to get rid of the excess salt.
2. Using the words/phrases in the list below fill in the blanks in the following statements.
| cortex | amino acids | renal | glucose | water reabsorption | large proteins |
| bowman’s capsule | diabetes mellitus | secreted | antidiuretic hormone (ADH) | blood cells |
| glomerulus | concentration of the urine | medulla | nephron |
a) Blood enters the kidney via the ......................... artery.
b) When cut across the kidney is seen to consist of two regions, the outer.............. and the inner..............
c) Another word for the kidney tubule is the...............................
d) Filtration of the blood occurs in the..............................
e) The filtered fluid (filtrate) enters the.............................
f) The filtrate entering the e) above is similar to blood but does not contain.................. or....................
g) As the fluid passes along the first coiled part of the kidney tubule.................. and.................... are removed.
h) The main function of the loop of Henle is.............................................................
i) Hydrogen and potassium ions are.............................. into the second coiled part of the tubule.
j) The main function of the collecting tube is..................................................
k) The hormone...................................... is responsible for controlling water reabsorption in the collecting tube.
l) When the pancreas secretes inadequate amounts of the hormone insulin the condition known as............................... results. This is most easily diagnosed by testing for................................ in the urine.
Мочевая кислота является одним из наиболее важных конечных продуктов азотистого обмена у человека. В норме ее концентрация в сыворотке крови у мужчин составляет 0,27- 0,48 ммоль*л1, у женщин 0,18-0,38 ммоль*л-1; суточная экскреция с мочой колеблется от 2,3 до 4,5 ммоль (400-750 мг). У человека экскретируется мочевая кислота, у многих млекопитающих имеется фермент уриказа, которая окисляет мочевую кислоту до аллантоина. В теле здорового человека в сутки образование и выделение мочевой кислоты составляет от 500 до 700 мг. Большая часть мочевой кислоты (до 80 %) образуется в результате метаболизма эндогенных нуклеиновых кислот, лишь около 20 % связано с пуринами, поступающими с пищей. Почки за сутки экскретируют около 500 мг мочевой кислоты, 200 мг удаляются через желудочно-кишечный тракт.
Мочевая кислота свободно фильтруется в клубочках почки у человека; в почечных канальцах она подвергается как реабсорбции, так и секреции. В нормальных условиях до 98 % профильтровавшейся мочевой кислоты реабсорбируется.
Изучены механизмы канальцевого транспорта мочевой кислоты и способы регуляции этого процесса. При реабсорбции эта кислота переносится через мембрану щеточной каемки и базолатеральную мембрану клетки проксимального канальца. He исключена возможность всасывания части мочевой кислоты через зону клеточных контактов. Секреция уратов из крови в просвет проксимального канальца зависит от наличия в базальной плазматической мембране анионообменного механизма, обеспечивающего поступление мочевой кислоты в клетку и ее последующее выведение через мембрану щеточной каемки в просвет канальца.
Увеличение клиренса и экскреции мочевой кислоты наблюдается при увеличении диуреза, вызванном введением воды, маннитола, физиологического раствора. Одной из причин урикозурии является увеличение объема внеклеточной жидкости и снижение проксимальной реабсорбции; уменьшение экскреции мочевой кислоты описано при усилении реабсорбции натрия в проксимальном канальце, например при застойной сердечной недостаточности. Введение малых доз салицилатов и фенилбутазона сопровождается снижением экскреции уратов почкой и развитием гиперурикемии, в больших дозах оба эти вещества вызывают урикозурию. Объяснить этот парадоксальный эффект можно тем, что система секреции высокочувствительна к действию этих веществ и они блокируют ее уже в малых дозах, выделение уратов снижается; при введении больших количеств препаратов ингибируется система реабсорбции мочевой кислоты и наблюдается урикозурический эффект. Реабсорбция и секреция мочевой кислоты угнетаются пробенецидом, секреция - пиразиноевой кислотой.
Мочевая кислота имеет рКa 5,75, т.е. при pH мочи ниже этой величины ее растворимость очень мала, она становится недиссоциированной. Так как pH мочи в ее конечных отделах может снижаться до величин, равных 4,4, то это будет способствовать образованию малорастворимых форм мочевой кислоты. Образованию ее кристаллов благоприятствует также всасывание больших количеств воды в почечных канальцах и гиперурикемия, способствующая увеличению концентрации мочевой кислоты в моче. Однако в почечных канальцах у здоровых людей создаются условия, при которых не происходит образования почечных камней. Механизм этого явления неясен.
Циркадный ритм экскреции мочевой кислоты напоминает ритм выделения натрия - в ночные часы выведение мочевой кислоты почти в 2 раза меньше, чем утром в период с 1 до 10 ч.
При анализе причин повышенной концентрации мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) необходимо проанализировать следующие возможности: 1) увеличение скорости синтеза мочевой кислоты, 2) уменьшение клубочковой фильтрации, 3) увеличение канальцевой реабсорбции, 4) снижение канальцевой секреции. Следует учитывать, что некоторые фармакологические средства могут влиять на транспорт мочевой кислоты в почечных канальцах. Так, пиразинамид быстро уменьшает экскрецию мочевой кислоты и вызывает гиперурикемию.
Креатинин. В сыворотке крови у здоровых мужчин концентрация креатинина составляет 0,6-1,2 мг*100 мл-1 (0,053-0,106 ммоль*л-1), у женщин - 0,5-1,1 мг*100 мл-1 (0,044-0,097 ммоль*л-1). Суточная экскреция креатинина почками у мужчины (70 кг) составляет 0,98-1,82 г (8,7-16,1 ммоль), у женщин на 20-25 % меньше. Креатинин образуется из креатинфосфата, являющегося важнейшим компонентом мышечных клеток. После отщепления фосфата от креатинфосфорной кислоты образуется креатин, потеря молекулы воды приводит к появлению креатинина.
Количество креатинина, ежедневно образующегося в организме человека, является довольно постоянной величиной, которая зависит от мышечной массы тела. Поэтому содержание креатинина в крови и его выделение почками определяются полом, возрастом, развитием мышечной массы, интенсивностью обмена. В меньшей степени оно зависит от рациона, определенную роль играет содержание мяса в пище.
Креатинин полностью фильтруется в почечных клубочках. Небольшие его количества сек-ретируются клетками проксимального канальца, в некоторых случаях эта величина достигает 28 % по отношению к количеству креатинина, поступившего в просвет нефрона при фильтрации. В эксперименте показано, что секреция креатинина угнетается при введении гиппурана, диодраста, пробенецида. Система секреции креатинина подчинена гормональному контролю. При введении человеку кортизона клиренс креатинина снижается до величины одновременно измеренного клиренса инулина, что свидетельствует об угнетении секреции креатинина. При низкой скорости мочеотделения (меньше 0,5 мл*мин-1) значительные количества креатинина могут реабсорбироваться.
Однако следует признать, что в обычной клинической практике измерение клиренса эндогенного креатинина служит довольно точным отражением величины клубочковой фильтрации. Суточное образование креатинина в организме меняется мало, поэтому при поражении клубочков уменьшается объем фильтруемой жидкости и нарастает концентрация креатинина в плазме крови. В клинической практике изменение концентрации креатинина в крови позволяет судить о состоянии процесса гломерулярной фильтрации в почке.
Мочевина является у человека важнейшим конечным продуктом азотистого метаболизма. В обычных условиях потребление белка в сутки составляет около 100 г, в нем содержится до 16 г азота. Почти 90 % азота выделяется с мочой в виде мочевины, что составляет 0,43-0,71 моль мочевины в сутки.
Экскретируемая мочевина необходима для процесса осмотического концентрирования мочи. В почечных клубочках мочевина свободно фильтруется и поступает в просвет канальца в той же концентрации, что и в воде плазмы крови (15-38,5 мг*100 мл-1, или 2,5-6,4 ммоль*л-1). Стенка проксимального сегмента нефрона проницаема для мочевины, и к концу этого отдела реабсорбируется около половины профильтровавшейся мочевины. К началу дистального извитого канальца в жидкости просвета нефрона количество мочевины превышает поступившее с ультрафильтратом. Это означает, что в каких-то участках петли Генле из околоканальцевой жидкости она через стенку нефрона вновь поступает в его просвет. Специальными исследованиями было показано, что это не обусловлено активной секрецией мочевины, а зависит от ее движения по концентрационному градиенту из межклеточного вещества, где высоко содержание мочевины, в канальцевую жидкость с меньшей ее концентрацией. Стенка дистального канальца и начальных отделов собирательных трубок слабопроницаема для мочевины. Собирательные трубки мозгового вещества почки при водном диурезе реабсорбируют мало мочевины, но в присутствии вазопрессина проницаемость их стенки для мочевины резко возрастает, она всасывается в мозговое вещество почки, а ее экскреция уменьшается. Эти данные позволяют адекватно объяснить известный в клинике факт, что очищение от мочевины при диурезе меньше 2 мл*мин-1 низкое, но быстро возрастает и приобретает стандартное значение, если во время водного диуреза (т.е. при малой концентрации или отсутствии в крови вазопрессина) мочеотделение становится выше 2-3 мл*мин-1.
Данные об увеличении проницаемости собирательных трубок мозгового вещества почки для мочевины при воздействии вазопрессина дают возможность понять причину увеличения содержания мочевины в дистальном канальце и само явление рециркуляции мочевины. В собирательных трубках коры почки всасывание воды через канальцевую стенку, непроницаемую для мочевины, приводит к повышению ее концентрации в канальцевой жидкости. Когда под влиянием вазопрессина возрастает проницаемость стенки собирательной трубки для мочевины, она начинает всасываться по концентрационному градиенту в мозговое вещество, где увеличивается ее содержание. Из внеклеточной жидкости мочевина проникает в просвет тонкого нисходящего отдела петли Генле и, возможно, тонкого восходящего отдела петли Генле юкстамедуллярных нефронов, что приводит к появлению в дистальных канальцах больших количеств мочевины. Благодаря этому функционирует система кругооборота, рециркуляции мочевины, которая в значительной степени определяет степень осмотического концентрирования мочи и уровень экскреции мочевины почкой.
Тесты
1. Наибольшее количество аммиака выводится из организма в составе азотистого компонента мочи:
Креатинина. Аммонийных солей. Индикана. Мочевины. Мочевой кислоты. Уробилиногена.
2. В обмене аминокислот метионина и серина, как источников одноуглеродных радикалов в биосинтетических процессах, активное участие в качестве коферментов принимают витамины:
Витамин С. Витамин D. Витамин В 12 . Витамин К. Тиамин. Фолиевая кислота. Витамин РР. Рибофлавин.
3. К кетогенным аминокислотам относятся:
Серин. Валин. Лейцин. Метионин. Изолейцин . Гистидин. Лизин.Тирозин.
4. Вследствие нарушения обмена аминокислот развиваются заболевания:
Фруктоземия. Подагра. Алкаптонурия. Микседема. Альбинизм.Фенилкетонурия. Рахит.
5. К фенилпировиноградной олигофрении (фенилкетонурии) приводит нарушение обмена аминокислотЫ:
Тирозин. Лизин. Фенилаланин. Гистидин. Аргинин.
6. Причиной развития алкаптонурии является нарушение обмена аминокислоты:
Цистеина. Триптофана. Тирозина. Метионина. Гистидина. Аргинина.
7. Понятие «гликогенные аминокислоты» означает:
Снижают почечный порог для глюкозы и вызывают глюкозурию. Нарушают способность клеток усваивать глюкозу. Способны трансформироваться в глюкозу и гликоген. В энергетическом отношении могут заменять глюкозу. Способны подавлять процесс глюконеогенеза.
8. Аммиак обезвреживается в печени включаясь В синтез мочевины в печени принимают непосредственное участие вещества:
Углекислый газ. Лизин. Орнитин.АТФ. Глютаминовая кислота. Аспартат.Аммиак. Щавелевоуксусная кислота.
9. В обезвреживании токсичного аммиака могут участвовать:
Ацетоуксусная кислота. Белки. Моносахариды. Глютаминовая кислота.Альфа -кетоглутаровая кислота. Молочная кислота.
10. Чёрный цвет мочи наблюдается при заболевании:
Подагра. Фенилкетонурия. Алкаптонурия . Желтуха
11. При алкаптонурии дефектен фермент:
Фенилаланинмонооксигеназа. Диоксигеназа (оксидаза) гомогентизиновой кислоты. Гидролаза фумарилацетоуксусной кислоты
12. Какой фермент дефектен при фенилкетонурии?
Фенилаланинмонооксигеназа . Тирозиназа. Гидролаза фумариацетоуксусной кислоты
13. При альбинизме в обмене тирозина нарушено:
Окисление и декарбоксилирование . Трансаминирование
14. При тирозинозах дефектны ферменты:
Гидролаза фумарилацетоуксусной кислоты. Тирозиновая трансаминаза
15. Минимальная доля полноценных белков в рационе ребенка от их общего потребления должна составлять:
50%. 75%. 20%
Ситуационные задачи
1. Молодая мама сообщила врачу о потемнении пелёнок во время их высушивания. О каком наследственном заболевании можно думать? Каковы диетические рекомендации педитра?
2. 27. Спустя 36 часов после рождения у мальчика выявлено нарушение сознания, дыхания. Роды естественные, в срок. Родители - двоюродные брат и сестра. В сыворотке крови выявлено содержание аммиака выше 1000мкМ/л (норма 20-80), содержание мочевины 2,5 мМоль/л (норма 2,5-4,5). В моче повышено содержание оротовой кислоты. Через 72 часа ребёнок погиб.
В пользу каких врожденных дефектов обмена свидетельствуют лабораторные данные?
3. У ребёнка 5-ти лет после перенесенного инфекционного гепатита содержание мочевины в крови составило 1,9 мМ/л. О чем свидетельствует данный анализ? Каковы рекомендации врача - педиатра?
4. У новорожденного в первые дни после рождения наблюдается рвота, судороги, в крови выявлено резкое повышение содержания аминокислоты орнитина, а концентрация мочевины очень низкая. Какое заболевание у ребёнка? Какие рекомендации могут быть использованы
5. У больного сахарным диабетом отмечалось высокое содержание мочевины в крови. Однако в период ухудшения общего состояния концентрация ее в крови почему-то снизилась. Объясните причины колебания уровня мочевины в крови.
7. У ребёнка 1,5 месяцев наблюдается вялость, заторможенность. При обследовании выявлено содержание фенилаланина в крови 35 мг/дл (норма 1,4-1,9 мг/дл), содержание фенилпирувата в моче 150 мг/сутки (норма 5-8 мг/сутки). Сделайте вывод о заболевании, его причине. Какие диетические рекомендации обязательны в данном случае?
8. Проведено успешное лечение больного 22 лет с аргининсукцинатурией назначением кетоаналогов аминокислот фенилаланина, валина, лейуина на фоне малобелковой диеты. Концентрация аммиака в плазме при этом снизилась с 90 до 30 мкмоль/л, а выведение аргининсукцината значительно снизилось. Объясните механизм лечебного действия кетоаналогов аминокислот.
9. При наследственном заболевании семейная гипераммониемия наблюдается стойкое повышение содержание аммиака в крови и полное отсутствие цитруллина. Основные клинические проявления связаны с поражением ЦНС. Какая реакция блокирована при данном заболевании? Как изменится суточное выведение мочевины?
10. В моче больного обнаружено значительное количество гомогентизиновой кислоты. Какой наследственный ферментативный дефект можно предположить? Напишите реакцию, заблокированную у данного пациента. Каковы диетические рекомендации для данного пациента?
Каковы нарушения переваривания белков в желудочно-кишечном тракте? Какие дополнительные анализы необходимы?
11. Количество белка в питании детей в возрасте 3-х и 13-ти лет рекомендовано врачом из расчёта 2,3 г/кг массы тела.
12. В детскую клинику поступил ребёнок, которому необходимо провести анализ желудочного сока. Введение же зонда затруднено. Как провести исследование секреторной функции желудка?
23. Врач-педиатр назначил ребёнку с заболеванием желудка пепсин. Какой препарат необходим дополнительно? Почему?
13. С пищей в организм подростка поступает 80 г белка в сутки. С мочой за это время выделилось 16 г азота. Каков азотистый баланс у ребенка? О чём он свидетельствует?
14. С мочой физически крепкого школьника-старшеклассника выводится
15 г азота. Нужно ли менять содержание белка в его рационе?
15. Ребёнок поступил в хирургическое отделение с болями в животе. При лабораторном обследовании выявлено резкое повышение индикана в моче. Какова возможная причина этого нарушения?
16. Мать ребенка, страдающего пониженной кислотностью желудочного сока, вместо назначенной ему соляной кислоты стала использовать раствор лимонной кислоты.
Возможна ли такая замена? Объясните допустимость или недопустимость данной замены.
Вопросы для итогового занятия по теме «Обмен белков и амнокислот»
1. Особенности обмена белков и аминокислот. Азотистое равновесие. Коэффициент изнашивания организма. Белковый минимум. Критерии пищевой ценности белков. Белковая диета детей раннего возраста. Квашиоркор.
2. Переваривание белков. Протеиназы желудочно-кишечного тракта и их проферменты. Субстратная специфичность протеиназ. Эндо- и экзопептидазы. Всасывание аминокислот. Возрастная характеристика процессов перевааривания и всасывания белков.
3. Гниение белков в толстом кишечнике. Продукты гниения и механизмы их обезвреживания в печени. Особенности протекания гнилостных процессов в толстом кишечнике грудных детей.
4. Динамическое состояние белков в организме. Катепсины. Аутолиз тканей и роль в этом процессе повреждения лизосом. Источники и основные пути расходования аминокислот. Окислительное дезаминирование аминокислот. Аминокислотоксидазы, глютаматдегидрогеназа. Другие виды дезаминирования аминокислот.
5. Трансаминирование. Аминотрансферазы и их коферменты. Биологическое значение реакций трансаминирования. Особая роль в этом процессе a -кетоглютарата. Непрямое дезаминирование аминокислот. Клиническое значение определения активности трансаминаз в сыворотке крови.
6. Декарбоксилирование аминокислот и их производных. Важнейшие биогенные амины и их биологическая роль. Распад биогенных аминов в тканях.
7. Конечные продукты азотистого обмена: соли аммония и мочевина. Основные источники аммиака в организме. Обезвреживание аммиака. Биосинтез мочевины (орнитиновый цикл). Связь орнитинового цикла с циклом Кребса. Происхождение атомов азота мочевины. Суточная экскреция мочевины. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммониемия. Возрастная характеристика выведения азота конечных продуктов из организма ребенка в возрасте до 1 года.
8. Обезвреживание аммиака в тканях: восстановительное аминирование a -кетокислот, амидирование белков, синтез глютамина. Особая роль глютамина в организме. Глютаминаза почек. Адаптивное изменение активности глютаминазы почек при ацидозе.
9. Особенности обмена фенилаланина и тирозина. Использование тирозина для синтеза катехоламинов, тироксина и меланинов. Распад тирозина до фумаровой и ацетоуксусной кислот. Наследственные нарушения обмена фенилаланина и тирозина: фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм.
10. Особенности обмена серина, глицина, цистеина, метионина. Значение тетрагидрофолиевой кислоты и витамина В 12 в метаболизме одноуглеродных радикалов. Недостаточность фолиевой кислоты и витамина В 12 . Механизм бактериостатического действия сульфаниламидных препаратов.
11. Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и жиров. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Биосинтез аминокислот из углеводов.
СТРУКТУРА И ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
1. В состав РНК входят азотистые основания:
Аденин. Гуанин. Урацил. Тимин. Цитозин.
2. Отдельные нуклеотиды в полинуклеотидной цепи соединены связями:
Пептидными. Фосфодиэфирными. Дисульфидными. Водородными.
3. В переваривании нуклеиновых кислот - составных частей нуклеопротеидов пищи участвуют ферменты:
Пепсин. Рибонуклеаза. Трипсин. Фосфолипазы. Дезоксирибонуклеаза. Амилаза. Нуклеотидазы. Фосфатазы.
4. Наименьшей молекулярной массой обладают нуклеиновые кислоты:
ДНК. рРНК. тРНК. иРНК.
5. Конечным продуктом распада пуриновых азотистых оснований в организме человека является:
6. Величина суточной экскреции с мочой мочевой кислоты у взрослого здорового человека составляет:
0,01-0,05 г. 0,06-0,15 г. 0,35-1,5 г. 2,5-5,0 г.
7. Конечным продуктом распада в организме человека пиримидиновых азотистых оснований является:
Мочевина. Мочевая кислота. Аммонийные соли. Креатинин.
8. При нарушении обмена пуриновых азотистых оснований? Могут возникать патологические состояния:
Подагра. Базедова болезнь. Мочекаменная болезнь. Болезнь Леш-Нихана. Гипераммониемия.
9. Строительным материалом при матричном синтезе нуклеиновых кислот являются вещества:
Нуклеозидмонофосфаты. Нуклеозиддифосфаты. Нуклеозидтрифосфаты. Циклические нуклеотиды.
1. Процесс биосинтеза РНК называется:
11. Биосинтез белка, осуществляющийся с участием полисом и тРНК, называется:
Транскрипция. Трансляция. Репликация. Репарация. Рекомбинация.
12. Основной путь воспроизводства генетической информации называется:
Транскрипция. Трансляция. Репликация. Репарация. Рекомбинация.
13 Превращение про-РНК в "зрелые" формы называется:
Рекомбинация. Процессинг. Репликация. Трансляция. Терминация.
14. Процессинг и -РНК, т.е. ее созревание сводится:
Удалению интронов. Удалению экзонов. Специфической модификации (метилированию, дезаминированию и др.).
15 "Нонсенс - кодоны" (бессмысленные кодоны) в структуре и-РНК являются сигналом:
Сигнал к запуску синтеза белка. Мутантно измененный кодон. Сигнал к терминации синтеза белка. Сигнал для присоединения к синтезированному белку простетических групп.
16. Под термином "вырожденность" генетического кода понимают:
Способность аминокислоты кодироваться более чем одним кодоном. Способность кодона кодировать несколько аминокислот. Содержание в кодоне четырех нуклеотидов. Содержание в кодоне двух нуклеотидов.
17. К правилам Чаргаффа, характеризующим особенности биспиральной структуры ДНК, относятся:
А = Т. Г = Ц. А = Ц. Г = Т. А + Г = Ц + Т. А + Т = Г + Ц.
17. Для синтеза пиримидиновые основания de novo используются вещества:
Углекислый газ. Глютамат. Глютамин. Аспартат. Аланин.
19. Для формирования пуринового цикла в ходе синтеза пуриновых нуклеотидов используются вещества:
Углекислый газ. Аспартат. Аланин. Гликокол. Глютамин. Производные тетрагидрофолата.
20. Специфичность взаимодействия аминокислот с т-РНК обусловлена:
Составом антикодона. Особенностью структурной организации тРНК. Специфичностью аминоацил-тРНК-синтетаз. Строением аминокислоты.
21. Для синтеза пиримидиновых нуклеотидов используются:
СО 2 . Г лютамин. Аспартат. Аланин
22.Предшественником синтеза пуриновых нуклеотидов являются:
Инозиновая кислота. Оротовая кислота. Мочевая кислота
23 Оротатацидурия развивается при «блоке» фермента:
Карбамоиласпартаттрансфераза. Оротатфосфорибозилтрансфераза
Ксантиноксидаза.
24. Первым этапом синтеза пиримидинового кольца является:
Карбамоилфосфат. Рибозо-5-фосфат. Оротовая кислота. Аспартат
25. Нуклеотидом - предшественником в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является:
Инозинмонофосфат. Оротатмонофосфат. Ксантиловая кислота. Оротовая кислота
26. Ключевыми ферментами в синтезе пиримидиновых нуклеотидов являются:
27. Ключевыми ферментами в синтезе в синтезе пуриновых нуклеотидов являются:
Карбамоилфосфасинтетаза. Карбамоиласпартаттрансфераза. Фосфорибозиламидотрансфераза
28. При иммунодефицитах снижена активность ферментов:
Аденозиндезаминаза. Ксантиноксидаза. Пуриннуклеозидфосфорилаза
29. При синдроме Леш-Нихана снижена активность фермента:
Ксантиноксидаза. Аденинфосфорибозилтрансфераза. Гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза
30. При оротатацидурии снижена активность фермента:
Оротатфосфорибозилтрансфераза. Дигидрооротатдегидрогеназа. Карбамоиласпартаттрансфераза
31.Процесс превращения про-РНК в зрелые формы называется:
Рекомбинация. Процессинг. Трансляция. Терминация. Репликация
32 .При сплайсинге происходит:
Вырезание копий интронов. Вырезание копий экзонов. Соединение информативных участков РНК
33. Для транскрипции необходимы:
ДНК. Праймер. РНК-полимераза. Белковые факторы. Нуклеотидтрифосфаты. Топоизомераза
34. В синтезе РНК участвуют ферменты:
РНК-полимеразы. ДНК-полимеразы. Топоизомеразы. Праймазы
35. «Экзонами» про-РНК называются:
Некодирующие участки. Вспомогательные белки. Терминальный сайт. Кодирующие участки. Стартовый сайт
36. В репарации ДНК участвуют ферменты:
ДНК-лигазы. ДНК -полимеразы.) ДНК-рестриктазы. Праймазы
37. Для репликации необходимы:
ДНК. Праймер. И-РНК. Белковые факторы. Нуклеотидтрифосфаты.
Т опоизомераза
38. В синтезе ДНК участвуют ферменты:
РНК-полимеразы. ДНК-полимеразы. Пептидилтрансферазы. тТопоизомеразы. Праймазы
39. В регуляции синтеза белков участвуют:
Ген-регулятор. Экзон. Ген-оператор. Репрессор. Интрон. Структурный ген
40. При посттрансляционной модификации белков возможны:
Частичный протеолиз. Гликозилирование. Модификация аминокислот. Присоединение простетической группы
41. Процесс перемещения иРНК по рибосоме называется:
Транслокация. Трансляция. Терминация
42. В образовании пептидной связи при биосинтезе белков участвует фермент:
Пептидилтрансфераза. Топоизомераза. Хеликаза
43.Сигналом начала и конца синтеза полипептидной цепи служит:
Определённые кодоны иРНК. Определённые ферменты. Определённые аминокислоты
44. Суточная экскреция мочевины у взрослого человека составляет:
1,0-2,0 г. 20,-30,0 г. 2,0-8,0 г. 35,0-50,0 г. 8,0-20,0 г
0.1-0.3 мМ/л. 0,17-0,41 мМ/л. 0.05-0,1 мМ/л
46. Доля азота мочевой кислоты в моче у детей составляет:
1-3%. 3-8,5 %. 0,5-1,0 %.
47. Доля азота мочевины в моче у новорожденных детей составляет:
30% . 75% . 50%.
Ситуационные задачи
1.Больной жалуется на боли в суставах. Содержание мочевой кислоты в крови составляет 0,26 ммоль/л. Количество сиаловых кислот – 4,5 ммоль/л
(норма 2,0-2,6 ммоль/л). Какое заболевание можно исключить?
2. У ребёнка обнаружен генетический дефект фермента гипоксантин-гуанинфосфорибозил трансферазы. К каким последствиям это может привести?
3.Больной жалуется на боли в суставах. Содержание мочевой кислоты в крови составляет 0,56 ммоль/л. Количество сиаловых кислот – 2,5 ммоль/л (норма 2,0-2,6 ммоль/л). Какое заболевание наиболее вероятно? Какая диета показана?
4. В результате мутации гена изменён порядок чередования нуклеотидов в кодоне. К чему это может привести?
5.У ребёнка, страдающего гиповитаминозом, снижен обмен нуклеиновых кислот. Объясните причины нарушений. Какие витамины показаны в первую очередь?
6. При сахарном диабете существенно падает скорость синтеза нуклеиновых кислот. Опишите возможные причины этого нарушения.
7. В результате мутации гена изменен порядок чередования нуклеотидов в кодоне. К чему это может привести?
8. Опухолевые клетки характеризуются ускоренным клеточным делением и ростом. Как можно этому восприпятствовать, влияя на синтез азотистых оснований?
Вопросы для итогового занятия по теме «Обмен нуклеопротеидов»
1. Нуклеиновые кислоты как полимерные соединения. Состав и строение нуклеотидов, их функции в организме. Биологическое значение нуклеиновых кислот. Уровни структурной организации. Видовая специфичность первичной структуры.
2. Основные виды нуклеиновых кислот в тканях. Их общая характеристика. Особенности химического состава, структуры и свойств молекул ДНК. Комплементарность азотистых оснований. Денатурация и ренативация ДНК. Гибридизация ДНК«ДНК и ДНК«РНК.
3. Распад в тканях пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов. Конечные продукты распада. Особенности выведения мочевой кислоты из организма. Гиперурикемия. Подагра.
4. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов. Аллостерические механизмы регуляции.
5. Биосинтез пуриновых нуклеотидов. Происхождение частей пуринового ядра. Начальные стадии биосинтеза. Инозиновая кислота как предшественник адениловой и гуаниловой кислот. Аллостерические механизмы регуляции биосинтеза.
6. Биосинтез ДНК. Репликиция и репарация повреждений. Ферменты биосинтеза ДНК. Матрица. Соответствие первичной структуры продукта реакции первичной структуре матрицы. Затравка (праймер). Матричная роль РНК. Ревертаза.
7. Биосинтез РНК. РНК-полимеразы. Транскрипция как передача информации от ДНК к РНК. Образование первичного транскрипта, его созревание (процессинг).
8. Биосинтез белков. Матричная (информационная) РНК. Основной постулат молекулярной биологии: ДНК®иРНК®белок. Соответствие нуклеотидной последовательности гена аминокислотной последовательности белка (коллинеарность). Проблема перевода (трансляция) четырёхзначной нуклеотидной записи информации в двадцатизначную аминокислотную запись. Характеристика нуклеотидного кода.
9. Транспортные РНК (тРНК), особенности структуры и функций. Изоакцепторные формы тРНК. Биосинтез аминоацил-тРНК. Значение высокой субстратной специфичности аминоацил-тРНК-синтетаз.
10. Биологические системы биосинтеза белков. Строение рибосом. Последовательность событий при биосинтезе полипептидной цепи. Инициация, элонгация, терминация. Регуляция биосинтеза белков. Ингибиторы матричного биосинтеза: лекарственные препараты, вирусные и бактериальные токсины. Посттрансляционное изменение полипептидной цепи.
«Остаточный азот» Метод Кьельдаля: в сыворотке
крови определялось общее
количество азота и рассчитывалось содержание белка (в
белке ~ 16% азота).
После
осаждения
белка
реакцией с ТХУ в сыворотке
оставался азот, входящий в
состав низкомолекулярных в-в
– «остаточный (небелковый)
азот» (~0,5% от общего N,
около 0,4 г/л).
Азот мочевины
50 %
Азот аминокислот
до 25 %
Мочевая кислота
4%
Креатин и креатинин
5-7 %
Индикан
0,5 %
Аммиак
<2%
Пептиды, нуклеотиды,
билирубин и др.
~13 %
Конечные продукты азотистого обмена
БелкиАМК
Амины
Нуклеиновые к-ты
Пиримидины
АММИАК
Креатин
Пурины
Мочевая
к-та
Креатинин
временная детоксикация
АМИДЫ АМИНОКИСЛОТ
с мочой
МОЧЕВИНА
Аммиак и пути его обезвреживания
Дезаминированиеаминокислот
Дезаминирование
биогенных аминов
Распад пиримидиновых оснований НК
NH3
Синтез АК,
пиримидинов,
аминосахаров…
Амиды дикарбоновых
аминокислот (глн, асн)
Образование
и выведение
аммонийных
солей
~ 0,5 г/сут
Синтез
мочевины
25-30 г/сут
Образование амидов дикарбоновых аминокислот
Временное обезвреживание NH3 для транспорта ворганы, где идет его окончательное обезвреживание и
выведение.
Протекает во всех органах и тканях.
Выделение аммиака в почках
NH3 в моче связывается с протонами и образует катионаммония:
NH3 + H+ ↔ NH4+
NH4+ способствует выведению ионов Н+ (т.е. кислот).
Выведение аммонийных солей (фосфаты, ацетаты, …)
позволяет снизить потери Na и других катионов.
Синтез мочевины
NH3Синтез мочевины
АТФ
CO2
NH3
Карбамоилфосфат
ЦИТРУЛЛИН
АСПАРТАТ
Аргининянтарная к-та
ОРНИТИН
Оксалоацетат
Малат
АРГИНИН
NH2
С
NH2
О
МОЧЕВИНА
АТФ
ФУМАРАТ
Мочевина крови
Скоростьобразования
в печени
МОЧЕВИНА
КРОВИ
Скорость
удаления
почками
Референтные пределы – 2,2 – 8,3 ммоль/л. Суточные колебания
уровня мочевины в крови достигают 50% (максимум - вечером).
Способность к синтезу мочевины сохраняется при
поражении до 85% ткани печени. Синтез
мочевины
нарушается только при очень тяжелых поражениях печени
(острый некроз, печеночная кома, циррозы, отравления
фосфором и мышьяком): тогда в сыворотке крови
накапливается аммиак, а уровень мочевины снижается.
определения мочевины
Рост уровня мочевины крови:относительный (дегидратация) + абсолютный (АЗОТЕМИЯ).
АЗОТЕМИЯ
ПРОДУКЦИОННАЯ
РЕТЕНЦИОННАЯ
увеличенное
образование
сниженное
выведение с мочой
ПОЧЕЧНАЯ
ВНЕПОЧЕЧНАЯ
связана с патологией
почек
связана с экстраренальными факторами
Продукционная азотемия
1.2.
Богатый белками рацион питания
Повышенный катаболизм белка - при кахексии, лейкозах,
обширных ранениях, инфекциях и
воспалительных
заболеваниях с высокой температурой, злокачественных
опухолях,
лечении
глюкокортикоидами,
интенсивной
мышечной работе, ЛЮБОЙ ОСТРОФАЗОВОЙ РЕАКЦИИ...
Ретенционная азотемия
Заболевания почек (СКФ < 10 мл/мин) - гломерулонефриты,
пиелонефрит, туберкулез почек, амилоидоз почек…
При ОПН повышение мочевины в крови до 16 ммоль/л =
нарушение функции почек средней тяжести, до 33 ммоль/л –
тяжелое, свыше 50 ммоль/л - очень тяжелое (неблагоприятный
прогноз).
Рост уровня мочевины - не ранний признак нарушения функции
почек.
Ретенционная азотемия
Внепочечные ретенционные азотемиигемодинамики и снижении СКФ:
-
при
нарушениях
сердечно-сосудистая декомпенсация,
обезвоживание организма (неукротимая рвота, непроходимость
кишечника, стеноз привратника, профузные поносы, кровотечения,
ожоги…)
травматический шок, диабет, аддисонова болезнь и др…
Азотемия обычно невысокая (уровень мочевины < 13 ммоль/л).
Снижение концентрации мочевины
Не имеет диагностического значения. Может наблюдаться:При гипергидратации (в/в введение растворов глюкозы и др.)
При беременности (часто ниже 3,33 ммоль/л).
При повышенном диурезе (мочегонные).
При голодании и пониженном катаболизме белков.
При поражении мышц (миозиты, миопатии).
Методы определения мочевины
Колориметрический, уреазные (фенол-гипохлоритный, салицилатгипохлоритный, глутаматдегидрогеназный).
Материал для исследования - сыворотка или плазма крови.
Уровень мочевины стабилен до 24 ч при комнатной температуре,
несколько дней при 4-6°С и до 2-3 мес при замораживании.
Интерференция
Концентрация мочевины в сыворотке снижается при голодании,низкокалорийной диете, курении, питье большого количества
воды…
Концентрация мочевины слегка повышается с возрастом. У мужчин
она несколько выше, чем у женщин.
При беременности концентрация мочевины снижается, в менопаузу
- увеличивается.
Диета с высоким содержанием белков, физические нагрузки
вызывают увеличение концентрации мочевины в сыворотке крови.
Завышение результатов: ацетон, билирубин, гемолиз, липиемия,
оксалаты (примесь ионов аммония), мочевая кислота
+ нефротоксические препараты, инсектициды.
Занижение результатов: ацидоз (диацетилмонооксимный метод).
Креатин и креатинин
Креатин - важный компонентазотистого обмена в организме.
Креатинфосфат
участвует
в
энергообеспечении
сокращения
мышц,
активного
транспорта
ионов в нервной ткани и др..
Синтез креатина
Креатин синтезируется в почках и поджелудочной железе изаргинина, глицина и метионина, и далее с током крови поступает
в скелетные и сердечную мышцы, мозг, нервную ткань.
Содержание креатина в органах
Почки, печень,
ПЖЖ
Мозг
Гладкие мышцы
Сердечная мышца
Скелетные мышцы
0
100
200
300
400
500
600
мг/100
Небольшое кол-во креатина (0,05-0,25 г/сут) может выделяться с
мочой в норме, значительно больше – у детей и при патологии.
Креатин, креатинфосфат и креатинин
Креатинфосфат – макроэрг, аккумулятор и переносчикэнергии в клетке.
Креатинкиназа
КРЕАТИН
+ АТФ
~2%
ЭНЕРГИЯ
Рн
Н 2О
КРЕАТИН~
ФОСФАТ
+ АДФ
Креатинин
Креатинин - конечный продукт метаболизма («метаболический тупик»).Он экскретируется почками с мочой.
Уровень креатинина в плазме крови непосредственно зависит от
мышечной массы. Потому референтные величины креатинина в крови
зависят от возраста и от пола.
Возрастные группы
Кровь из пуповины
По Яффе
Ферментативный
53-106 мкмоль/л
Новорожденные 1-4 дня
27-88
Дети до 1 года
18-35
4-29
Дети
27-62
2-5 лет 4-40
6-9 лет 18-46
Подростки
44-88
19-52
Взрослые 18-60 лет
м 80-115, ж 53-97
Взрослые 60-90 лет
м 71-115, ж 53-106
Взрослые > 90 лет
м 88-150, ж 53-115
м 55-96, ж 40-66
Методы исследования креатинина
2-точечный кинетический метод по реакции с пикриновой кислотой(метод Jaffe).
Креатинин + пикрат (рН=12,0) ---> оранжевый продукт
Требования к пробе: Сыворотка или гепариновая плазма (фторид и
аммония гепаринат непригодны). Стабильна в охлажденном виде
в течение суток, для длительного хранения - заморозить.
Подготовка пациента.
Исключить мышечную нагрузку, физические упражнения.
Диета не должна содержать большого кол-ва мяса.
Исключить прием алкоголя, больших доз аскорбиновой кислоты,
по возможности - нефротоксичных препаратов.
Анализ проводить до рентгеноконтрастных исследований.
Интерференция
Биологическая: повышение – нефротоксичные препараты.Аналитическая: повышение - ацетоуксусная кислота, ацетон,
аскорбиновая кислота, цефалоспорины, флуцитозин, лидокаин,
ибупрофен, леводопа, метилдофа, нитрофураны, пируват, мочевая
кислота.
Ложное повышение - глюкоза, фруктоза, кетоновые тела, гистидин, аспарагин, мочевина, мочевая кислота, индол.
Снижение - n-ацетилцистеин, билирубин, дипирон, гемоглобин,
липемия.
Колебания показателя в течение суток могут достигать 100%
(максимум - в вечерние часы).
Клинико-диагностическое значение
ПОВЫШЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КРЕАТИНИНА:Увеличенное образование / поступление
Акромегалия и гигантизм (большая мышечная масса).
Избыточное потребление мясной пищи.
Уменьшенное выделение
Почечная недостаточность (острая и хроническая, любой этиологии
- нарушение перфузии, заболевания почек, обтурация мочевыводящих путей).
Нефротоксические агенты - соединения ртути, сульфаниламиды,
тиазиды, аминогликозиды, тетрациклин, барбитураты, салицилаты,
андрогены…
Механические, операционные и другие массивные повреждения
мышц, синдром длительного раздавливания.
Лучевая болезнь, гипертиреоз.
Клинико-диагностическое значение
СНИЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КРЕАТИНИНАГолодание.
Прием глюкокортикоидов.
Слабость, обусловленная возрастом или снижением мышечной
массы.
Беременность (особенно первый и второй триместры).
Креатинин не является чувствительным показателем
заболевания почек в ранней стадии.
При использовании ферментных методов нужно тщательно
отделить сыворотку от клеток, чтобы избежать образования
аммония в пробе и завышения результатов.
Биосинтез мочевины
I. Цель изучения: знать конечные продукты обмена белков в организме, основные источники образования аммиака, пути его обезвреживания из организма.
II. Уметь количественно определять содержание мочевины по цветной реакции с диацетилмонооксимом в сыворотке крови; познакомиться с физико-химическими свойствами мочевины.
III. Исходный уровень знаний: качественные реакции на аммиак (неорганическая химия).
IV. Ответить на вопросы контрольных итоговых билетов по теме: «Распад простых белков. Метаболизм аминокислот, конечные продукты азотистого обмена».
1. Конечными продуктами распада азотсодержащих веществ являются углекислый газ, вода и аммиак, в отличие от углеводов и липидов. Источником аммиака в организме являются аминокислоты, азотистые основания, амины. Аммиак образуется в результате прямого и непрямого дезаминирования аминокислот, (основной источник) гидролитического дезаминирования азотистых оснований, инактивации биогенных аминов.
2. Аммиак токсичен и его действие проявляется в нескольких функциональных системах: а) легко проникая через мембраны (нарушая трансмембранный перенос Na + и К +) в митохондриях связывается с α-кетоглутаратом и другими кетокислотами (ЦТК), образуя аминокислоты; в этих процессах используются и восстановительные эквиваленты (NADH+H +).
б) при высоких концентрациях аммиака глутамат и аспартат образуют амиды, используя и АТФ нарушая все тот же ЦТК, являющийся главным энергетическим источником работы мозга. в) Накопление глутамата в мозге повышает осмотическое давление, что ведет к развитию отека. г) Повышение концентрации аммиака в крови (N – 0.4 – 0.7 мг/л) сдвигает рН в щелочную сторону, повышая сродство О 2 к гемоглобину, что вызывает гипоксию нервной ткани. д) Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает угнетение обмена аминокислот (синтеза нейромедиаторов), ускорение синтеза оксалоацетата из пирувата, что связано с повышенным использованием СО 2 .
3. Гипераммониемия прежде всего отрицательно действует на мозг и сопровождается тошнотой, головокружением, потерей сознания, отставанием умственного развития (при хронической форме).
4. Основной реакцией связывания аммиака во всех клетках является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы в митохондриях, где используется для этой цели АТФ. Глутамин облегченной диффузией поступает в кровь и транспортируется в кишечник и почки. В кишечнике под действием глутаминазы образуется глутамат, который трансаминируется с пируватом, превращая его в аланин, поглощаемый печенью; 5% аммиака удаляется через кишечник, остальные 90% выводятся почками.
5. В почках также идет гидролиз глутамина с образованием аммиака под действием глутаминазы, которая активируется ацидозом. В просвете канальцев аммиак нейтрализует кислые продукты обмена образуя аммонийные соли для выведения, одновременно сокращая потери К + и Na + . (N – 0,5г солей аммония в сутки).
6. Высокий уровень глутамина в крови обуславливает его использование во многих анаболических реакциях в качестве донора азота (синтез азотистых оснований и др.)
7. Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени синтезом мочевины (86% азота в моче) в количестве ~25 г/сутки. Биосинтез мочевины – циклический процесс, где ключевым веществом является орнитин, присоединяющий карбомоил, образованный из NH 3 и CO 2 при активации 2АТФ. Образованный цитруллин в митохондриях транспортируется в цитозоль для введения второго атома азота из аспартата с образованием аргинина. Аргинин гидролизуется аргиназой и превращается снова в орнитин, а вторым продуктом гидролиза является мочевина, которая по сути дела в этом цикле образовалась из двух атомов азота (источники –NH 3 и аспартат) и одного атома углерода (из СО 2). Энергией обеспечивают 3АТФ (2-при образовании карбомолфосфата и 1 при образовании аргининосукцината).
8. Орнитиновый цикл тесно связан с ЦТК, т.к. аспартат образуется при трансаминировании ЩУК из ЦТК, а фумарат, оставшийся из аспартата после удаления NH 3 , возвращается в ЦТК и, при превращении его в ЩУК, образуются 3 АТФ, обеспечивающие биосинтез молекулы мочевины.
9. Наследственные нарушения орнитинового цикла (цитруллинемия, аргининосукцинатурия, гипераргининемия) ведут к гиперамминиемии и в тяжелых случаях могут привести к печеночной коме.
10. Норма мочевины в крови 2,5-8,3 ммоль/л. Понижение наблюдается при болезнях печени, повышение – результат почечной недостаточности.
Лабораторная работа