Physio Ch 6-2 Екскреция на азот
2. Екскреция на азот
2.1. Уводно общо
2.2. N2 и разграждане на протеини
2.2.1. Образуване на урея
2.2.2. Образуване на пикочна киселина
2.2.3. Други маршрути
2.3. N2 и пуринови основи
2.4. Отделяне на азот и наличност на вода
2.1. Уводно общо
Основните азотни съединения, открити в животинските организми, са протеини, нуклеинови киселини и порфирини, образуващи по-специално протетичната група на хемоглобините.
Протеините са най-важната категория, поне в количествено отношение. Колкото и да е странно, няма форма за съхранение на азотните вещества, която да служи като основа за синтеза на тези молекули, както например за мастните киселини и въглехидратите. Следователно протеините се подновяват непрекъснато от аминокиселини, чиято концентрация се поддържа на доста ниски нива в метаболитна система, където разграждането играе важна роля (вж. По-долу и също фигура 6-7). В този контекст въглеводородните скелети на аминокиселините се присъединяват към набора от продукти на междинен метаболизъм, докато NH2 групите се намират главно под формата на амоняк, който животните очевидно лошо понасят и който се елиминира под различни форми (Фигура 6-7).
Пуринови и пиримидинови основи от нуклеинови киселини също могат да дадат NH3. Порфирините са важни с това, че образуват протезната група на хемоглобините. Както видяхме по-рано, азотът се елиминира тук главно под формата на уробилин и стеркобилин (вж. 1.3 по-горе).
Фигура 6-7: Катаболизъм на основните азотни (протеини, нуклеинови киселини, порфирини) и неазотни (въглехидратни, липидни) съединения. АА: аминокиселини.
Токсичността на амоняка е една от основните догми относно отделянето на азот; той обаче остава много слабо разбран. Предложени са различни хипотези, които вероятно всяка от тях съдържа елемент на истина. Те включват 1) директни ефекти върху концентрациите на аминокиселини и върху някои производни като глутамат, глутамин и g-аминомаслена киселина, които могат да имат токсични ефекти, по-специално върху нервната система; 2) pH ефекти, амонякът наистина е основа, чиито алкализиращи ефекти могат да повлияят на клетъчните дейности; 3) ефекти върху контрола върху пула водородни йони и следователно върху митохондриалната активност. В този контекст стари трудове показват, че амонякът може да има разделителни ефекти на фосфорилирането и при растенията (Crofts, J. Biol. Chem., 242, 3352, 1967), отколкото при животни (Brierley and Stoner, Biochem., 9, 708, 1970). Бихме могли да добавим и ефекти върху вътреклетъчните йонни баланси, NH4 + е отличен заместител на К + за АТФаза, управляващ Na +/K + мембранния обмен (виж физиологията на клетките).
2.2. N2 и разграждане на протеини
Първата стъпка в белтъчния катаболизъм е освобождаването на съставните аминокиселини чрез хидролиза на пептидни връзки. След това аминокиселините се дезаминират, а останалите въглеводородни скелети се използват в метаболизма.
Дезаминирането може да се извърши по различни начини. Най-важното включва последователност на транс-изследване, по време на която "NH2 групите" се прехвърлят от аминокиселината към реципиентните съединения, за да се получи или пресъздаване, главно на глутамат, но също и на серин, с производство на NH4 + и на NH3 или към образуването на съединения носители на NH2 групи; главно глутамин, но също така глутамат, аланин и серин (фигура 6-8). Последният механизъм изглежда широко разпространен от тетраподите. Както ще видим по-нататък (2.4 по-долу), амонякът, предвид неговата токсичност, обикновено се произвежда само от водни видове или такива, които имат лесен достъп до вода. За останалите, гръбначните, както и безгръбначните, NH2 групите се съхраняват върху по-малко токсични молекули, урея или пикочна киселина. Досега съдбата на тези групировки е била добре проучена само при гръбначните животни, за които накратко ще обобщим ситуацията.
Фигура 6-8: Протеинов катаболизъм и последователност на транс-изследване, водеща до образуването на NH 4 + и NH3 или метаболитни транспортери от "NH2 групи".
Фигура 6-9: Използване на метаболитни транспортери на NH2 групи при синтеза на урея и глюкоза в черния дроб. Метаболитните последователности, включени между сивите линии, са строго или главно митохондриални, докато останалите са цитозолни. Има системи за транслокация, които предават метаболити от едната страна на митохондриалната мембрана към другата (виж клетъчната физиология).
Част от глутамин, произведен в тъканите, може да бъде деамидиран до глутамат и след това деаминиран до а-етоглутарат в бъбреците. В този контекст той осигурява амоняка, участващ в бъбречния обмен на Na +/NH4 + и киселинно-алкалния баланс на кръвта (вж. Клетъчна физиология).
2.2.2. Образуване на пикочна киселина
При различните видове, особено влечугите и птиците, основният краен продукт на метаболизма на NH2 групите от протеини не е урея, а пикочна киселина (вж. Също 2.4 по-долу). Системата за синтез все още не е много ясно дефинирана. Изглежда, че тези животни прибягват до поредица от сложни реакции, участващи в синтеза на пуриновото ядро (Фигура 6-10). След това това ядро ще бъде окислено до пикочна киселина в последователността на разграждане на пуриновите основи (виж 2.3 по-долу).