Пути образования и обезвреживания аммиака

Аммиак является одним из конечных продуктов азотистого обмена. В организме человека аммиак образуется в ходе следующих процессов:

Основной путь, приводящий к образованию аммиака в тканях - это непрямое окислительное дезаминирование аминокислот, т.е. трансдезаминирование.

1. Неокислительное дезаминирование серина, треонина, цистеина и внутримолекулярное дезаминирование гистидина.
2. Гидролитическое дезаминирование АМФ (адениловой кислоты). Процесс особенно активен в мышечной ткани.

1. Гидролиз амидов аминокислот – глутамина и аспарагина;
2. Окислительное дезаминирование биогенных аминов;
3. Деградация пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований;

7. Помимо амииака, образующегося в тканях, значительные его количества образуются кишечными бактериями в результате гниения аминокислот в толстом кишечнике. Из толстого кишечника аммиак поступает в кровь воротной венозной системы. В нормальных условиях печень быстро извлекает аммиак из крови воротной вены, так что кровь, выходящая из печени практически не содержит аммиака.

Но проблема в том, что аммиак – это крайне токсичное вещество, особо опасное для клеток центральной нервной системы. В норме содержание свободного аммиака в крови представлено лишь следовыми количествами (0,4-0,7 мг/л или 25-40 мкмоль/л).

Токсическое действие аммиака объясняется следующими обстоятельствами:

- Аммиак диффундирует через мембрану, в клетке гидратируется (NH₃ + H₂O = NH₄OH) с образованием гидроксида аммония, что вызывает внутриклеточный метаболический алкалоз. pH вне- и внутриклеточной среды повышается.

Это приводит к изменению степени ионизации ионогенных групп и как следствие к разрушению ионных связей, стабилизирующих третичную структуру белков. Последнее вызывает изменение нативной конформации белковых молекул, а, следовательно, и нарушение их функций, в частности нарушение активности ферментов, афинности рецепторов.

- При повышении внутриклеточной концентрации аммиака активируются процессы восстановительного аминирования α-кетокислот, в частности – α-кетокислот цикла трикарбоновых кислот – α-кетоглутарата и оксалоацетата.

Это приводит к истощению пула α-кетоглутарата и оксалоацетата, что сопровождается снижением обменной мощности цикла Кребса, а следовательно и нарушением образования АТФ. В результате ингибируются энергозависимые процессы, прежде всего активный мембранный транспорт, что приводит к нарушению процессов реполяризации и поддержания потенциала покоя, а, следовательно, и нарушению таких свойств нервной ткани как возбудимость и проводимость.

При повышении концентрации аммиака, происходит амидирование глутамата:

АТФ АДФ+H₃PO₄

Глутамат + NH₃ глутамин + H₂O

глутаминсинтетаза

В нейронах снижается количество глутамата, и следовательно тормозится процесс декарбоксилирования глутамата. Это приводит к снижению уровеня ГАМК (γ-аминомаслянная кислота – главный тормозный медиатор головного мозга), образующегося при декарбоксилировании глутаминовой кислоты. Поэтому нарушаются процессы торможения в ЦНС.

Вследствие токсичности аммиака его концентрация в крови должна быть очень низкой – менее 65 мкмоль/л. Но при малейшем его повышении возникают симптомы аммиачного отравления: тремор, нечленораздельная речь, затуманивание зрения, возбуждение, судороги, галлюцинации. В тяжелых случаях – коматозное состояние и смерть.

Т.к. аммиак является токсичным веществом, то в организме человека существуют механизмы обезвреживания аммиака:

1. Восстановительное аминирование α-кетокислот;

2. Синтез амидов аминокислот (глутамина и аспарагина);

3. Синтез мочевины в печени;

4. Образование аммонийных солей в почках.

Главным механизмом обезвреживания аммиака в организме человека является синтез мочевины, поэтому мочевина является главным конечным продуктом азотистого обмена.

В процессе эволюции живые организмы выработали различные типы азотистого обмена:

1. Аммониотелический тип – главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак. Этот тип характерен для рыб.
2. Урикотелический тип – главным конечным продуктом азотистого обмена является мочевая кислота. Этот тип характерен для рептилий и птиц.
3. Уреотелический тип – основным конечным продуктом азотистого обмена является мочевина. Этот тип характерен для человека и млекопитающих.

В организме человека большая часть аммиака обезвреживается в печени. Но аммиак образуется практически во всех органах и тканях, и в печень он может попасть только по системе кровообращения.

Поэтому существуют «промежуточные» механизмы обезвреживания аммиака, в результате которых образуются нетоксичные транспортные формы, в составе которых аммиак поступает в печень.

Такими «промежуточными механизмами» являются:

1. Восстановительное аминирование α-кетокислот;
2. Образование амидов аминокислот.

Транспортными формами аммиака в печень являются:

1. Глутамин;
2. Аланин (с ним связано функционирование глюкозо-аланинового цикла)