Образование конечных продуктов азотистого обмена. Азотистый обмен

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

Допущено
Всероссийским учебно - методическим центром
по непрерывному медицинскому и фармацевтическому образованию
Министерства здравоохранения Российской Федерации
в качестве учебника для студентов медицинских институтов

К определению Ф.Энгельса: "Жизнь есть способ существования белковых тел", теперь мы добавляем "и нуклеиновых кислот". В организме встречаются многочисленные азотсодержащие соединения. Мы остановимся на разборе патологии, связанной с обменом биополимеров, определяющих основные свойства живых систем: белков и полинуклеотидов.

Белки - представляют собой высокомолекулярные соединения, состоящие из 20 заменимых и незаменимых аминокислот (АК), включающие две функциональные группы NH 2 и СООН. Полинуклеотиды - это нуклеиновые кислоты и макроэрги. Азотосодержащим кирпичиком полинуклеотидов являются азотистые основания: пурины (аденин, гуанин) и пиримидины (урацил, цитозин, тимин).

11.1. Типичные изменения содержания белков

1. Гипопротеинемия - в основном за счет снижения альбуминов, синтезируемых печенью.
2. Гиперпротеинемия - в основном изменение содержания глобулинов за счет повышения гамма-глобулинов, синтезируемых плазматическими клетками иммунной системы, а также альфа- и бета- глобулинов, синтезируемых печенью.
3. Парапротеинемия - появление измененных глобулинов. Например, при миеломной болезни они переходят почечный барьер и в моче определяются как белки Бенс-Джонсона.
4. Результатом (1) и (2) является диспротеинемия - нарушение соотношений альбуминов и глобулинов в крови (А/Г коэффициент).

11.2. Патология, связанная с поступлением азота с пищей и патофизиологические основы лечебного питания

Основную массу азота пищи составляют белки. Важное значение для нормального баланса, а, следовательно, и для патологии, имеют 4 положения:

1. Общее количество поступающего в организм белка.
2. Перевариваемость этих белков.
3. Аминокислотный состав белков.
4. Общая калорийность поступающей в организм пищи.

11.2.1. По 1-му положению можно сказать, что в период выздоровления после болезни потребность в белках существенно превышает норму, равную 0,7 г белка/кг массы тела в день. До 5 лет эта норма превышает 2,0 г/кг в день. Следует отметить, что организм не нуждается в поступлении с пищей нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые основания образуются в организме из АК. Азотистые основания, поступающие с пищей, подвергаются гидролизу и выводятся.

11.2.2. По второму положению можно сказать, что так как в природных пищевых продуктах количество свободных аминокислот незначительно, ценность белков для организма определяется его перевариваемостью, т.е. возможностью расщепления его до АК. Например, белки кожи не используются в организме человека.

11.2.2.1. Голодание

В современном мире важной проблемой питания является белковая недостаточность. Семьи, живущие на грани нищеты, нередко получают с пищей мало белков даже при достаточном количестве калорий. Как правило, богатая белками пища дорого стоит, в связи с этим проблема белковой недостаточности приобретает социальный характер.

Голод и детство

Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что серьезная степень недоедания в раннем детстве ведет к задержке физического развития и пожизненной интеллектуальной неполноценности. Комитет Академии наук США на основании исчерпывающих научных данных пришел к заключению, что "резкая степень недоедания в детстве, по-видимому, является более важным фактором для последующего интеллектуального развития, чем влияние семьи и общества".

Как и весь остальной организм, мозг человека развивается не постепенно в течение всей жизни, а, главным образом, в период "скачков роста". Для головного мозга это период от 1 года (масса головного мозга составляет 25% от веса взрослого головного мозга) до 2-х лет (70%). Если в этот период развитие элементов роста замедлено, то возможность дальнейшего развития может быть навсегда утрачена. Вот почему недоедание во время беременности или в раннем детстве чревато наиболее серьезными последствиями.

В результате потребления бедной белками и недостаточно калорийной пищи возникает синдром, который носит название Квашиоркора. Он поражает, прежде всего, младенцев в период отнятия от груди и получения недостаточного количества белков, необходимых для их нормального развития. Это возможно не только в Латинской Америке и Африке, просто там впервые описан этот синдром. В принципе, на примере Квашиоркора мы можем рассмотреть патогенез белкового голодания (Рис. 23).

Нарушение биосинтеза белков в печени вызывает снижение содержания сывороточного альбумина, что приводит к отеку, а снижение содержания липопротеидов очень низкой плотности (ЛОНП) - к развитию жирового перерождения печени. Снижение биосинтеза Нb приводит к развитию анемии. Резко нарушается функция кишечника, так как из-за недостатка АК-предшественников страдает синтез ферментов поджелудочной железы и обновление клеток слизистой кишечника.

Смертность таких детей очень велика. Они погибают от острых инфекций и хронических заболеваний печени. Несомненно, общество должно предоставить достаточную материальную помощь нуждающимся, а введение бесплатного обеспечения ясель, детских садов, школ молоком может решить многие проблемы охраны здоровья.

11.2.3. К иллюстрации роли в патологии 3-го положения - важности аминокислотного состава белков - можно сказать следующее. Растительные белки (например, хлеба) по своему аминокислотному составу менее ценны, чем животные. Причиной является относительно низкое содержание в них некоторых незаменимых АК. Кукуруза бедна триптофаном и лизоцимом, бобовые - метионином.

Поскольку потребность в АК у человека обычно покрывается белками пищи, развитие явления, связанного с дефицитом какой-либо одной АК, маловероятно. При патологическом же состоянии это становится возможным. Например, у здоровых людей для образования серотонина используется до 1 % триптофана.

Теперь два примера из патологии:

• У больных злокачественным карцинозом кишечника количество триптофана, используемое на синтез этого амина, достигает 60%, что приводит к относительной недостаточности триптофана и развитию катаракты, атрофии семенников, гиперплазии слизистой желудка;
• с другой стороны, введение в организм серусодержащих АК (цистеина, метионина) ускоряет заживление ран.

Вопрос о биологической роли отдельных аминокислот в питании больного человека еще не нашел полного развития. Расширенное клиническое использование АК для парентерального питания делает необходимым изучение этого вопроса.

Оптимальность питания зависит и от 2-й, пока нерешенной, проблемы сбалансированности аминокислот, необходимых для поддержания азотистого баланса у взрослого человека.

11.3. Азотистый баланс

Положительный азотистый баланс, т.е. накопление азота в организме возникает при физиологическом и патологическом состояниях, сопровождающихся повышением биосинтеза белков и нуклеотидов. Например, в период реконвалесценции после болезни.

Отрицательный азотистый баланс - снижение количества азота в организме, отмечается при голодании полном или неполном, изнурительных заболеваниях, лихорадке. Белки тканей усиленно распадаются до отдельных АК, которые используются для обеспечения энергетической потребности организма путем глюконеогенеза. При этом азота выводится больше, чем поступает.

Азотистое равновесие - количество потребляемого азота точно соответствует количеству выводимого из организма азота. Азот используется на синтезы. Время полужизни белков всего организма в целом составляет 3 недели, т.е. каждые 3 недели мы обновляемся наполовину. Скорость биосинтеза белков при этом составляет до 500 г/день, т.е. почти в 5 раз превосходит количество белков, потребляемых с пищей. Откуда же берется азот? Для этого используются продукты распада белковых тканей.

11.4. Роль печени в азотистом обмене

Как и в отношении многих других процессов обмена веществ, печень играет ключевую роль и в превращениях АК. Это обусловлено тем, что гепатоциты обладают полным набором ферментов аминокислотного обмена (Рис. 24).

11.4.1. Усиленный распад белков

Это типичная форма нарушения белкового обмена. В настоящее время обмен белков рассматривается как динамический процесс, в ходе которого белки организма постоянно обновляются, т.е. непрерывно синтезируются и подвергаются деградации.

Время полужизни сывороточных белков, экспортируемых печенью, составляет около 3-х недель. Фактор, регулирующий распад внутриклеточных белков - это протеолиз лизосомными ферментами. Об этих ферментах мы подробно говорили в главе по воспалению. Вернувшись к главе, вы восстановите в памяти, что при патологическом состоянии нарушается проницаемость мембран лизосом и лизосомные ферменты выходят внутрь клетки, вызывая распад ее белковых структур. Напомню, что в норме лизосомы осуществляют разрушение белков внутри себя, захватывая денатурированные белки путем пиноцитоза.

Думаю, что для вас уже очевидно, что повреждение лизосом мембран возникает не только в печени, но и в любых других органах и не только при воспалении, но и в результате действия других факторов: ультразвука, излучений, гипоксии, голодания в послеоперационном периоде и т.д. Таким образом, усиленный распад белков как типическая форма нарушение белкового обмена всегда связан с протеазами лизосом.

11.4.2. Синтез белков

Каждый тип клеток из общего фонда аминокислот образует свои индивидуальные белки. Мышечные клетки - актин и миозин; остеобласты и клетки соединительной ткани - коллаген; гепатоцпты - собственные белки и большинство белков плазмы.

Нарушение синтеза белков с одной стороны, связано с наследственным нарушением активности ферментов аминокислотного обмена, т.о. с точковыми мутациями ДНК. Эти разделы патологии белкового обмена вы найдете в главе "Патология наследственности" и, кроме этого, они достаточно подробно изложены в учебнике под редакцией А.Д.Адо и В.В.Новицкого в разделе "Нарушения аминокислотного обмена".

С другой стороны, патология биосинтеза белков возникает при повреждении мембран эндоплазматического ретикулума, где на рибосомах происходит синтез белковых молекул. Самым характерным и частым паренхиматозным заболеванием печени является гепатит, основу патогенеза которого составляет повреждение субклеточных структур гепатоцитов.

Клиническим проявлением гепатита является снижение уровня многих белков плазмы крови. Известно, что подавляющее количество этих белков синтезируется печенью. К ним относятся: альбумины, фибриноген, протромбин. Наиболее чувствительным показателем является низкое содержание в крови ферментов, например, синтезируемой печенью бутирилхолинэстеразы.

Ряд причин изменения количества белков крови не связан с биосинтезом белков печенью. Например, гипоальбуминемия при повышении проницаемости мембран клеток кровяного русла.

11.4.2.1. Парентеральное питание и белки плазмы крови

При необходимости пополнения резервов крови прибегают к введению в кровяное русло больного плазмы кровн, содержащей различные белки. Но теперь вы понимаете, что, так как для использования организмом этих белков они еще все равно должны будут разрушиться до АК, то наиболее ценным является использование готовых смесей последних. Парентеральным введением АК можно поддержать азотистое равновесие у больных с безбелковым питанием и удается достигнуть даже положительного баланса азота (питание раковых больных, больных в послеоперационном периоде).

11.4.2.2. Патология, связанная с регуляцией биосинтеза белков

Если процессы распада белков связаны с нерегулируемой активностью лизосомных ферментов, то биосинтез белков контролируется эндокринной системой и, прежде всего, СТГ (соматотропный гормон). Введение СТГ повышает биосинтез белков за счет повышения синтеза мРНК, повышения проницаемости клеточных мембран для аминокислот. Поэтому гиперфункция СТГ ведет к повышению роста новых клеток и гигантизму, а недостаток - к нанизму (гипофизарная карликовость).

Избыточное образование АКТГ повышает синтез стероидных гормонов, которые ведут к подавлению биосинтеза белков и переключению АК на глюконеогенез. Это понятно, так как стероидные гормоны - гормоны стрессовых ситуаций и когда нужна энергия для борьбы за выживание, с биосинтезом приходится повременить. Именно поэтому при длительных стресс-воздействиях, опухолях коркового слоя надпочечников отмечается отрицательный азотистый баланс.

Усиливает биосинтез белков и инсулин. Поэтому, при сахарном диабете, характеризуемом относительным или абсолютным недостатком инсулина, снижается биосинтез белков. Часто встречающиеся гнойничковые заболевания при сахарном диабете, очевидно, связаны с подавлением образования белков-антител, других белковых факторов неспецифической и специфической противоинфекционной защиты.

11.4.3. Патология взаимопревращения аминокислот

Цель взаимопревращения АК - поддержание гомеостаза азота, сохранение его для синтеза заменимых аминокислот. Основную роль в этих процессах играют реакции переаминирования, катализируемые аминотрансферазами (АТ). Механизм их действия - перенос аминогруппы. Посредником является витамин В6.

Реакция протекает в любом направлении и зависит от соотношения концентрации реагирующих компонентов. Таким образом, если концентрация АК-2 низка, тогда как АК-1 и кетокислота-2 поступают в изобилии с пищей или из тканей, то перенос аминогруппы будет идти слева направо и наоборот. В каждом случае участником этих реакций является альфа-КГ, принимающий аминогруппу от АК, находящихся в изобилии, и отдающий ее для образования тех АК, недостаточность которых грозит организму.

11.4.3.1. В чем состоит сущность переключения белкового обмена па глюконеогенез под влиянием ГКС?

Оно протекает в два этапа:

1. ГКС за счет индукции (биосинтез de novo) значительно повышают активность аминотрансфераз (АТ), при этом в ходе переаминироваиия происходит повышение образования пирувата (см. выше).
2. ГКС повышают этим же путем и активность ферментов глюконеогенеза, катализирующих образование глюкозы из пирувата.

11.4.3.2. Значение аминотрансфераз для диагностики

Повреждение наружных мембран клеток различных тканей сопровождается выходом АТ из цитоплазмы клеток в кровь. Так, при остром гепатите активность АТ повышается до 100 раз против нормы. Но так как АТ есть в клетках любой ткани, то повышение АТ в крови отмечается при поражении миокарда, почек и т.д.

11.4.4. Обмен аммиака

Обмен аммиака исключительно важен, так как свободный неорганический аммиак крайне токсичен (связывается с альфа-КГ, образуя глутамат, отвлекая тем самым субстрат из ЦТК, что проявляется в падении образования АТФ). Как всякая константа гомеостаза, содержание аммиака является равновесной константой, т.е. зависит от скорости его образования и утилизации.

Источник аммиака в тканях - аминокислоты, азотистые основания. Основным источником является окисление аминокислоты глутамата с помощью глутаматдегидрогеназы. Этот фермент катализирует освобождение АК от аминогруппы в виде аммиака путем реакции окислительного дезаминирования. Вторым продуктом реакции является субстрат ЦТК - альфа-КГ.

11.4.4.1. Утилизация аммиака и тканях

В ней различают три основных процесса:

1. Реакция восстановительного аминирования - обратная реакция дезаминирования и катализируется той же ГДГ. С помощью этой реакции присоединения аминогруппы к альфа-КГ усваивается аммиак, образующийся в результате действия бактерий в желудочно-кишечном тракте. При избытке аммиака может произойти истощение запасов альфа-КГ и торможение ЦТК.
2. Образование глутамина. Это форма депонирования и транспорта аммиака, участвующая в поддержании внутриклеточной концентрации аммиака на уровне, не достигающем границ токсичности. Реакция катализируется глутаминсинтетазой. Важность этой реакции особенно четко прослеживается при стресс-реакциях, сопровождается стимуляцией глюконеогенеза. Аммиак, образующийся при метаболизме белков и аминокислот, уже в форме глутамина переносится из таких массивных периферических тканей, как мышечная, с током крови в печень. В печени происходит под влиянием глутаминазы отщепление аммиака от глутамина.
3. Третьим путем метаболизма аммиака (85-88%) является синтез карбамоилфосфата, через который он входит в цикл мочевины, абсолютно безвредное органическое соединение.

В отличие от 1-го и 2-го путей фиксации аммиака, образование мочевины происходит только в печени. Причиной этому является то, что карбамоилфосфат-синтетаза и еще два других фермента цикла мочевины (орнитинкарбамоилтрансфераза и аргиназа) обнаружены только в митохондриях печени.

Цикл мочевины достаточно отчетливо изображен в учебнике под редакцией А.Д.Адо и В.В.Новицкого. Мы же подробнее остановимся на патологии, связанной с нарушениями в цикле мочевины.

11.4.4.2. Диагностика и клиника нарушений цикла мочевины

1. Обнаружение ферментов цикла мочевины в крови имеет большое диагностическое значение, так как указывает на повреждение печени. Ведь карбамоилфосфатсинтетаза, орнитинкарбамоил-трансфераза и аргиназа локализованы исключительно в митохондриях гепатоцитов.
2. Клиническим проявлением является печеночная кома. Одним из самых грозных проявлений поражения печени является развитие тяжелых приступов, сопровождающихся потерей сознания в результате поражения ЦНС (печеночная кома). Нарушения печени при острых гепатитах в своей основе имеют повреждение гепатоцптов (отравления ССl 4 и др. ядами). Многие гепатотропные вещества повышают перекисное окисление липидов, вызывая повреждение мембран, в том числе и митохондрий. В случае выключения значительного количества паренхимы повреждение митохондрий приводит к нарушению утилизации аммиака, образующегося в тканях и поступающего из кишечника в результате действия бактерий.

Во многих случаях при хронических заболеваниях печени поражение паренхиматозного органа сопровождается разрастанием соединительной ткани и нарушением кровотока, который в норме составляет 1/4 всей оттекающей от сердца крови. В результате обтурации системы v.porta развиваются коллатерали, впадающие непосредственно в нижнюю полую вену в обход печени. По такому порто-кавальному шунту вещества, всасывающиеся в желудочно-кишечном тракте, попадают непосредственно в ткани, усугубляя последствия, нарушая обезвреживание аммиака, образующегося в тканях и бактериями пищеварительного тракта.

Таким образом, в печени не происходит детоксикации аммиака и других продуктов жизнедеятельности бактерий кишечника, поступающих в печень (индол, скатол, путресцин). Избыток содержания аммиака и других токсических соединении в крови вызывает как непосредственное повреждающее действие, связанное с его липотропностью и включением в биомембраны, так и с торможением цикла трикарбоновых кислот. Спутанность и потеря сознания вызваны тем, что нервная система наиболее чувствительна к избытку аммиака из-за высокой потребности в АТФ.

Лечение печеночной комы. Приступы комы можно лишь облегчить с помощью повышения активности пускового этапа цикла мочевины, введя кофактор карбамоилфосфатсинтетазной реакции в печени. Таким веществом является N-карбамоилглутамин. В особо тяжелых случаях необходим гемодиализ, обменное переливание крови или гемосорбция, временное подключение чужеродной печени.

11.5. Патология обмена азотистых оснований

Азотсодержащие циклические соединения представляют собой важнейший комплекс нуклеотидов РНК и ДНК, нуклеотидных коферментов НАД, НАДФ, ФМН, макроэргов АТФ, ГТФ, УТФ. Удовлетворение ими организма происходит главным образом не за счет поступления их с пищей (охрана генофонда), а за счет полного их биосинтеза из аминокислот и углеводов. Два главных места образования азотистых оснований: печень, интенсивно пролиферирующие ткани (кроветворная).

Теперь о распаде азотистых оснований.

Циклические структуры пиримидинов разрушаются полностью, а вот для разрыва пуриновых колец в организме нет ферментов. Их разрушение останавливается на этапе образования мочевой кислоты из ксантина, катализируемом ксантиноксидазой. Поэтому избыток пуринов выводится из организма неразрушенным в виде мочевой кислоты.

В печени пуриновые основания подвергаются дезаминированию с образованием ксантина. Дальнейшее окисление с образованием мочевой кислоты катализируется ферментом печени ксантиноксидазой, так как мочевая кислота не может быть ни использована повторно, ни подвергнута дальнейшему распаду. В этом плане это соединение аналогично мочевине - конечному продукту белкового обмена аммиака. Оба этих конечных продукта выводятся с мочой, таким образом, содержание мочевой кислоты свидетельствует о катаболизме нуклеиновых кислот в организме.

11.5.1. Подагра

Подагра - это патология пуринового обмена (Рис. 25). Она представляет собой синдром, который характеризуется избытком мочевой кислоты в крови (гиперурикемия), артритом и обычно сопровождается поражением почек. Причина неизвестна. Основа патогенеза - осаждение в тканях суставов и почек кристаллов урата натрия. Со временем эти отложения превращаются в видимые даже простым глазом узлы (тоффы) в области суставов конечностей и в камни мочевыводящих путей.

Патохимия нарушений пуринового обмена в общих чертах такова: даже в норме концентрация солей мочевой кислоты в жидкостях организма приближена к состоянию насыщения. В крови больных подагрой ураты образуют уже перенасыщенный раствор. Его стабилизируют белки крови, но любое местное снижение pH (в почках - выделение кислых метаболитов, некоторых лекарств) приводит к появлению очагов кристаллизации.

Лечение. Патогенетически обоснованным является использование в лечении таких больных аллопуринола, ингибитора ксантиноксидазы, что снижает образование мочевой кислоты и пробецида, усиливающего выведение мочевой кислоты почками. Важным компонентом лечения является диета. Естественной необходимостью при подагре является низкое потребление продуктов, богатых пуринами, например, мяса. В то же время, такие ценные пищевые продукты как яйца, молочные продукты содержат мало пуринов.

Мочевая кислота -- бесцветные кристаллы, плохо растворимы в воде, этаноле, диэтиловом эфире, растворимы в растворах щелочей, горячей серной кислоте и глицерине.

Мочевая кислота была открыта Карлом Шееле (1776) в составе мочевых камней и названа им каменной кислотой -- acide lithique, затем она была найдена им в моче. Название мочевой кислоты дано Фуркруа, её элементарный состав установлен Либихом.

Является двухосновной кислотой (pK1 = 5.75, pK2 = 10.3), образует кислые и средние соли -- ураты.

В водных растворах мочевая кислота существует в двух формах: лактамной (7,9-дигидро-1H-пурин-2,6,8(3H)-трион) и лактимной (2,6,8-тригидроксипурин) с преобладанием лактамной:

Легко алкилируется сначала по положению N-9, затем по N-3 и N-1, под действием POCl3 образует 2,6,8-трихлорпурин.

Азотной кислотой мочевая кислота окисляется до аллоксана, под действием перманганата калия в нейтральной и щелочной среде либо перекиси водорода из мочевой кислоты образуются сначала аллантоин, затем гидантоин и парабановая кислота.

Первым мочевую кислоту удалось синтезировать Горбачёвскому в 1882 году при нагревании гликоколя (амидоуксусной кислоты) с мочевиной до 200--230 °С.

NH2-CH2-COOH + 3CO(NH2)2 = C5H4N4O3+ 3NH3 + 2H2O

Однако такая реакция протекает весьма сложно, и выход продукта ничтожен. Синтез мочевой кислоты возможен при взаимодействии хлоруксусной и трихлормолочной кислот с мочевиной. Наиболее ясным по механизму является синтез Беренда и Роозена (1888 г.), при котором изодиалуровая кислота конденсируется с мочевиной. Мочевую кислоту можно выделить из гуано, где её содержится до 25 %. Для этого гуано необходимо нагреть с серной кислотой (1 ч), затем разбавить водой (12-15 ч), отфильтровать, растворить в слабом растворе едкого калия, отфильтровать, осадить соляной кислотой.

Метод синтеза заключается в конденсации мочевины с цианоуксусным эфиром и дальнейшей изомеризации продукта в урамил (аминобарбитуровую кислоту), дальнейшей конденсации урамила с изоцианатами, изотиоцианатами или цианатом калия.

У человека и приматов -- конечный продукт обмена пуринов образующийся в результате ферментативного окисления ксантина под действием ксантиноксидазы; у остальных млекопитающих мочевая кислота превращается в аллантоин. Небольшие количества мочевой кислоты содержатся в тканях (мозг, печень, кровь), а также в моче и поте млекопитающих и человека. При некоторых нарушениях обмена веществ происходит накопление мочевой кислоты и её кислых солей (уратов) в организме (камни в почках и мочевом пузыре, подагрические отложения, гиперурикемия). У птиц, ряда пресмыкающихся и большинства наземных насекомых мочевая кислота -- конечный продукт не только пуринового, но и белкового обмена. Система биосинтеза мочевой кислоты (а не мочевины, как у большинства позвоночных) в качестве механизма связывания в организме более токсичного продукта азотистого обмена -- аммиака -- развилась у этих животных в связи с характерным для них ограниченным водным балансом (мочевая кислота выводится из организма с минимальным количеством воды или даже в твёрдом виде). Высохшие экскременты птиц (гуано) содержат до 25 % мочевой кислоты. Обнаружена она и в ряде растений. Повышенное содержание мочевой кислоты в организме (крови) человека -- гиперурикемия. При гиперурикемии возможны точечные (похожи на укусы комара) проявления аллергии. Отложения кристаллов урата натрия (соль мочевой кислоты) в суставах называется подагрой.

Мочевая кислота -- исходный продукт для промышленного синтеза кофеина. Синтез мурексида.

Мочевая кислота - это конечный продукт метаболизма пуринов, дальше пурины не распадаются.

Пурины необходимы организму для синтеза нуклеиновых кислот - ДНК и РНК, энергетических молекул АТФ и коферментов.

Источники мочевой кислоты:

• -- из пуринов пищи
• -- из распавшихся клеток организма - в результате естественной старости или заболевания
• -- мочевую кислоту могут синтезировать практически все клетки человеческого тела

Каждый день с продуктами питания (печень, мясо, рыба рис, горох) человек потребляет пурины. В клетках печени и слизистой оболочки кишечника присутствует фермент - ксантиноксидаза, превращающий пурины в мочевую кислоту. Не смотря на то, что мочевая кислота является конечным продуктом обмена, ее нельзя назвать «лишней» в организме. Она необходима для защиты клеток от кислых радикалов, поскольку умеет их связывать.

Общий «запас» мочевой кислоты в организме - 1 грамм, каждый день выделяется 1,5 грамма, из которых 40% пищевого происхождения.

Выведение мочевой кислоты на 75-80% обеспечивают почки, оставшиеся 20-25% -- желудочно-кишечный тракт, где ее частично потребляют кишечные бактерии.

Соли мочевой кислоты называются уратами, являя собой союз мочевой кислоты с натрием (90%) или калием (10%). Мочевая кислота мало растворима в воде, а организм на 60% состоит из воды.

Ураты выпадают в осадок при закислении среды и снижении температуры. Именно поэтому главными болевыми точками при подагре -- болезни высокого уровня мочевой кислоты -- являются отдаленные суставы (большой палец ноги), «косточки» на стопах, уши, локти. Начало болей провоцируется охлаждением.

Повышение кислотности внутренней среды организма бывает и у спортсменов и при сахаром диабете при лактатацидозе, что диктует необходимость контроля мочевой кислоты.

Уровень мочевой кислоты определяют в крови и моче. В поту ее концентрация совсем ничтожна и анализировать общедоступными методиками ее невозможно.

Усиленное образование мочевой кислоты непосредственно в почках бывает при злоупотреблении алкоголем и в печени - как результат обмена некоторых сахаров.

Мочевая кислота в крови - урикемия, а в моче - урикозурия. Повышение мочевой кислоты в крови - гиперурикемия, снижение - гипоурикемия.

По уровню мочевой кислоты в крови диагноз подагры не ставят, нужны симптомы и изменения на рентген-снимках. Если мочевой кислоты в крови больше нормы, а симптомов нет - ставится диагноз «Безсимптомная гиперурикемия». Но, без анализа мочевой кислоты в крови диагноз подагры нельзя считать полностью правомочным.

Нормы мочевой кислоты в крови (в мкмоль/л)

новорожденные -140-340

дети до 15 лет -- 140-340

мужчины до 65 лет -- 220-420

женщины до 65 лет -- 40-340

после 65 лет - до 500

Азотистый обмен

совокупность химических превращений, реакций синтеза и распада азотистых соединений в организме; составная часть обмена веществ и энергии. Понятие « » включает в себя (совокупность химических превращений в организме белков и продуктов их метаболизма), а также пептидов, аминокислот (Аминокислоты), нуклеиновых кислот (Нуклеиновые кислоты), нуклеотидов, азотистых оснований, аминосахаров (см. Углеводы), азотсодержащих липидов (Липиды), витаминов (Витамины), гормонов (Гормоны) и других соединений, содержащих .

Организм животных и человека усвояемый азот получает с пищей, в которой основным источником азотистых соединений являются животного и растительного происхождения. Главным фактором поддержания азотистого равновесия - состояния А. о., при котором количество вводимого и выводимого азота одинаково, - служит адекватное поступление белка с пищей. В СССР суточная белка в питании взрослого человека принята равной 100 г , или 16 г азота белка, при расходе энергии 2500 ккал . Азотистый баланс (разность между количеством азота, который попадает в с пищей, и количеством азота, выводимого из организма с мочой, калом, потом) является показателем интенсивности А. о. в организме. или недостаточное по азоту приводят к отрицательному азотистому балансу, или азотистому дефициту, при котором количество азота, выводимого из организма, превышает количество азота, поступающего в организм с пищей. Положительный , при котором вводимое с пищей количество азота превышает количество азота, выводимое из организма, наблюдается в период роста организма, при процессах регенерации тканей и т.д. Состояние А. о. в значительной степени зависит качества пищевого белка, которое, в свою очередь, определяется его аминокислотным составом и прежде всего наличием незаменимых аминокислот.

Принято считать, что у человека и позвоночных животных А. о. начинается с переваривания азотистых соединений пищи в желудочно-кишечном тракте. В желудке происходит белков при участии пищеварительных протеолитических ферментов Трипсин а и гастриксина (см. Протеолиз) с образованием полипептидов, олигопептидов и отдельных аминокислот. Из желудка пищевая масса поступает в двенадцатиперстную кишку и нижележащие отделы тонкой кишки, где подвергаются дальнейшему расщеплению, катализируемому ферментами сока поджелудочной железы трипсином, химотрипсином и карбоксипептидазой и ферментами кишечного сока аминопептидазами и дипептидазами (см. Ферменты ). Наряду с пептидами. в тонкой кишке расщепляются сложные белки (например, нуклеопротеины) и . Существенный вклад в расщепление азотсодержащих биополимеров вносит и кишечника. Олигопептиды, нуклеотиды, нуклеозиды и др. всасываются в тонкой кишке, поступают в и с ней разносятся по всему организму. тканей организма в процессе постоянного обновления также подвергаются протеолизу под действием тканевых протсаз (пептидаз и катепсинов), а продукты распада тканевых белков попадают в кровь. могут быть использованы для нового синтеза белков и других соединений (пуриновых и пиримидиновых оснований, нуклеотидов, порфиринов и т.д.), для получения энергии (например, посредством в цикл трикарбоновых кислот) или могут быть подвергнуты дальнейшей деградации с образованием конечных продуктов А. о., подлежащих выведению из организма.

Аминокислоты, поступающие в составе белков пищи, используются для синтеза белков органов и тканей организма. Они участвуют также в образовании многих других важных биологических соединений: пуриновых нуклеотидов ( , глицин, аспарагиновая кислота) и пиримидиновых нуклеотидов (глутамин, аспарагиновая кислота), серотонина (), меланина (фенилалпнин, ), гистамина (), адреналина, норадреналина, тирамина (тирозин), полиаминов ( , метионин), холина (метионин), порфиринов (глицин), креатина (глицин, аргинин, метионин), коферментов, сахаров и полисахаридов, липидов и т.д. Важнейшей для организма химической реакцией, в которой участвуют практически все аминокислоты, является , заключающееся в обратимом ферментативном переносе α-аминогруппы аминокислот на α-углеродный атом кетокислот или альдегидов. является принципиальной реакцией биосинтеза заменимых аминокислот в организме. ферментов, катализирующих реакции трансаминирования, - аминотрансфераз (Аминотрансферазы) - имеет большое клинико-диагностическое значение.

Деградация аминокислот может протекать по нескольким различным путям. Большинство аминокислот способно подвергаться декарбоксилированию при участии ферментов декарбоксилаз с образованием первичных аминов, которые затем могут окисляться в реакциях, катализируемых моноаминоксидазой или диаминоксидазой. При окислении биогенных аминов (гистамина, серотонина, тирамина, γ-аминомасляной кислоты) оксидазами образуются альдегиды, подвергающиеся дальнейшим превращениям, и Аммиак , основным путем дальнейшего метаболизма которого является образование мочевины.

Другим принципиальным путем деградации аминокислот является окислительное с образованием аммиака и кетокислот. Прямое дезаминирование L-аминокислот в организме животных и человека протекает крайне медленно, за исключением глутаминовой кислоты, которая интенсивно дезаминируется при участии специфического фермента глутаматдегидрогеназы. Предварительное трансаминирование почти всех α-аминокислот и дальнейшее дезаминирование образовавшейся глутаминовой кислоты на α-кетоглутаровую кислоту и является основным механизмом дезаминирования природных аминокислот.

Продуктом разных путей деградации аминокислот является аммиак, который может образовываться и в результате метаболизма других азотсодержащих соединений (например, при дезаминировании аденина, входящего в состав никотинамидадениндинуклеотида - ). Основным путем связывания и нейтрализации токсичного аммиака у уреотелических животных ( , у которых конечным продуктом А. о, является ) служит так называемый мочевины (синоним: орнитиновый цикл, цикл Кребса - Гензелейта), протекающий в печени. Он представляет собой циклическую последовательность ферментативных реакций, в результате которой из молекулы аммиака или амидного азота глутамина, аминогруппы аспарагановой кислоты и диоксида углерода осуществляется мочевины. При ежедневном потреблении 100 г белка суточное выведение мочевины из организма составляет около 30 г . У человека и высших животных существует еще один путь нейтрализации аммиака - синтез амидов дикарбоновых кислот аспарагана и глутамина из соответствующих аминокислот. У урикотелических животных (рептилии, птицы) конечным продуктом А. о. является .

В результате расщепления нуклеиновых кислот и нуклеопротеинов в желудочно-кишечном тракте образуются нуклеотиды и нуклеозиды. Олиго- и моно-нуклеотиды при участии различных ферментов (эстераз, нуклеотидаз, нуклеозидаз, фосфорилаз) превращаются затем в свободные пуриновые и .

Дальнейший путь деградации пуриновых оснований аденина и гуанина состоит в их гидролитическом дезаминировании под влиянием ферментов аденазы и гуаназы с образованием соответственно гипоксантина (6-оксипурина) и ксантина (2,6-диоксипурина), которые затем превращаются в мочевую кислоту в реакциях, катализируемых ксантиноксидазой. - один из конечных продуктов А. о. и конечный продукт обмена пуринов у человека - выводится из организма с мочой. У большинства млекопитающих имеется уриказа, который катализирует превращение мочевой кислоты в экскретируемый аллантоин.

Деградация пиримидиновых оснований (урацила, тимина) состоит в их восстановлении с образованием дигидропроизводных и последующем гидролизе, в результате которого из урацила образуется β-уреидопропионовая кислота, а из нее - аммиак, диоксид углерода и β-аланин, а из тимина - β-аминоизомасляная кислота, диоксид углерода и аммиак. Диоксид углерода и аммиак могут далее включаться в мочевину через цикл мочевины, а β-аланин участвует в синтезе важнейших биологически активных соединений - гистидинсодержащих дипептидов карнозина (β-аланил-L-гистидина) и анзерина (β-аланил-N-метил-L-гистидина), обнаруживаемых в составе экстрактивных веществ скелетных мышц, а также в синтезе пантотеновой кислоты и кофермента А.

Т.о., разнообразные превращения важнейших азотистых соединений организма связаны между собой в единый обмен. Сложный процесс А. о. регулируется на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. Регуляция А. о. в организме направлена на приспособление интенсивности А. о. к изменяющимся условиям окружающей и внутренней среды и осуществляется нервной системой как непосредственно, так и путем воздействия на .

У здоровых взрослых людей содержание азотистых соединений в органах, тканях, биологических жидкостях находится на относительно постоянном уровне. Избыток азота, поступившего с пищей, выводится с мочой и калом, а при недостатке азота в пище нужды организма в нем могут покрываться за счет использования азотистых соединений тканей тела. При этом состав мочи (Моча) изменяется в зависимости от особенностей А. о. и состояния азотистого баланса. В норме при неизменном режиме питания и относительно стабильных условиях окружающей среды из организма выделяется постоянное количество конечных продуктов А. о., а развитие патологических состояний приводит к его резкому изменению. Значительные изменения экскреции азотистых соединений с мочой, в первую очередь экскреции мочевины, могут наблюдаться и при отсутствии патологии в случае существенного изменения режима питания (например, при изменении количества потребляемого белка), причем остаточного азота (см. Азот остаточный) в крови меняется незначительно.

При исследовании А. о. необходимо учитывать количественный и качественный состав принимаемой пищи, количественный и качественный состав азотистых соединений, выделяемых с мочой и калом и содержащихся в крови. Для исследования А. о. применяют азотистые вещества, меченные радионуклидами азота, фосфора, углерода, серы, водорода, кислорода, и наблюдают за миграцией метки и включением ее в состав конечных продуктов А. о. Широко используют меченые аминокислоты, например 15 N-глицин, которые вводят в организм с пищей или непосредственно в кровь. Значительная часть меченого азота глицина пищи выводится в составе мочевины с мочой, а другая часть метки попадает в тканевые белки и выводится из организма крайне медленно. Проведение исследования А. о. необходимо для диагностики многих патологических состояний и контроля за эффективностью лечения, а также при разработке рациональных схем питания, в т.ч. лечебного (см. Питание лечебное).

Патологию А. о. (вплоть до очень значительной) вызывает . Ее причиной может стать общее , продолжительный дефицит белка или незаменимых аминокислот в рационе, недостаток углеводов и жиров, обеспечивающих энергией процессы биосинтеза белка в организме. может быть обусловлена преобладанием процессов распада белков их синтезом не только в результате алиментарного дефицита белка и других важнейших пищевых веществ, но и при тяжелой мышечной работе, травмах, воспалительных и дистрофических процессах, ишемии, инфекции, обширных ожогах, дефекте трофической функции нервной системы, недостаточности гормонов анаболического действия (гормона роста, половых гормонов, инсулина), избыточном синтезе или избыточном поступлении извне стероидных гормонов и т.п. Нарушение усвоения белка при патологии желудочно-кишечного тракта (ускоренная пищи из желудка, гипо- и анацидные состояния, закупорка выводного протока поджелудочной железы, ослабление секреторной функции и усиление моторики тонкой кишки при энтеритах и энтероколитах, нарушение процесса всасывания в тонкой кишке и др.) также может приводить к белковой недостаточности. Белковая недостаточность ведет к дискоординации А. о. и характеризуется резко выраженным отрицательным азотистым балансом.

Известны случаи нарушения синтеза определенных белков (см. Иммунопатология , Ферментопатии), а также генетически обусловленного синтеза аномальных белков, например при гемоглобинопатиях (Гемоглобинопатии), миеломной болезни (см. Парапротеинемические гемобластозы) и др.

Патология А. о., заключающаяся в нарушении обмена аминокислот, часто связана с аномалиями процесса трансаминирования: уменьшением активности аминотрансфераз при гипо- или авитаминозах В 6 , нарушением синтеза этих ферментов, недостатком кетокислот для трансаминирования в связи с угнетением цикла трикарбоновых кислот при гипоксии и сахарном диабете и т.д. Снижение интенсивности трансаминирования приводит к угнетению дезаминирования глутаминовой кислоты, а оно, в свою очередь, - к повышению доли азота аминокислот в составе остаточного азота крови (гипераминоацидемии), общей гиперазотемии и аминоацидурии. , аминоацидурия и общая характерны для многих видов патологии А. о. При обширных поражениях печени и других состояниях, связанных с массивным распадом белка в организме, нарушаются процессы дезаминирования аминокислот и образования мочевины таким образом, что возрастают концентрация остаточного азота и содержание в нем азота аминокислот на фоне снижения относительного содержания в остаточном азоте азота мочевины (так называемая продукционная азотемия). Продукционная азотемия, как правило, сопровождается выведением избытка аминокислот с мочой, поскольку даже в случае нормального функционирования почек фильтрация аминокислот в почечных клубочках происходит интенсивнее, чем их в канальцах. Заболевания почек, мочевых путей, нарушение почечного кровообращения приводят к развитию ретенционной азотемии, сопровождающейся нарастанием концентрации остаточного азота в крови за счет повышения содержания в крови мочевины (см. Почечная недостаточность). Обширные , тяжелые , инфекции, трубчатых костей, спинного и головного мозга, болезнь Иценко - Кушинга и многие другие тяжелые заболевания сопровождаются аминоацидурией. Она характерна и для патологических состояний, протекающих с нарушением процессов реабсорбции в почечных канальцах: болезни Вильсона - Коновалова (см. Гепатоцеребральная дистрофия), нефронофтизе Фанкони (см. Рахитоподобные болезни) и др. Эти болезни относятся к многочисленным генетически обусловленным нарушениям А. о. Избирательное нарушение реабсорбции цистина и с генерализованным нарушением обмена цистина на фоне общей аминоацидурии сопровождает так называемый . При этом заболевании кристаллы цистина откладываются в клетках ретикулоэндотелиальной системы. Наследственное Фенилкетонурия характеризуется нарушением превращения фенилаланина в тирозин в результате генетически обусловленной недостаточности фермента - 4-гидроксилазы, что вызывает накопление в крови и моче непревращенного фенилаланина и продуктов его обмена - фенилпировиноградной и фенилуксусной кислот. Нарушение превращений этих соединений характерно и для вирусного гепатита.

Библиогр.: Березов Т.Т. и Коровкин Б.Ф. Биологическая химия, с. 431, М., 1982; Вельтищев Ю.Е. и др. веществ у детей, с. 53, М., 1983; Дудел Дж. и др. человека, . с англ., т. 1-4, М., 1985; Зилва Дж.Ф. и Пэннелл П.Р. Клиническая химия в диагностике и лечении, пер. с англ., с. 298, 398, М., 1988; Р.М. и Рой К.С. Ранняя болезней обмена веществ, пер. с англ., с. 211, М., 1986; Лабораторные методы исследования в клинике, под ред. В.В. Меньшикова, с. 222, М., 1987; Ленинджер А. Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, М., 1985; Мазурин А.В. и Воронцов И.М. детских болезней, с. 322, М., 1985; Руководство по педиатрии, под. ред. У.Е. Бермана и В.К. Вогана, пер. с англ., кн. 2, с. 337, VI., 1987; Страйер Л. , пер. с англ., т. 2, с. 233, М., 1985.

1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг . - азотистый обмен, совокупность химических превращений азотсодержащих соединений в организме. Включает обмен белков, нуклеиновых кислот, продуктов их распада (пептидов, аминокислот, нуклеотидов), содержащих азот липидов, витаминов, гормонов… …

Азотистый обмен - – совокупность пластических, энергетичес ких превращений белков, аминокислот, др. азотсодержащих ве ществ (амидов, пептидов, метаболитов белковых соединений в организме животных); включает: расщепление белков корма с по мощью ферментов,… … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Азотистый обмен почвы это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества… … Википедия - жировой обмен, совокупность процессов превращения нейтральных жиров (триглицеридов) в организме человека и животных. Ж. о. состоит из следующих этапов: расщепление поступивших в организм с кормом жиров и их всасывание в желудочно кишечном тракте; … Ветеринарный энциклопедический словарь

БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН - см. Азотистый обмен … Ветеринарный энциклопедический словарь

Совокупность превращений белков (См. Белки) и продуктов их распада аминокислот в организмах. Б. о. существенная часть обмена веществ (См. Обмен веществ). Поскольку обмен аминокислот тесно связан с обменом других азотистых соединений, Б. о … Большая советская энциклопедия