Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Метаболизм белков и аминокислот
Катаболизм азота аминокислот
Биомедицинское значение

Аммиак, образующийся главным образом из а- аминогрупп аминокислот, потенциально токсичен для человека. Механизм этой токсичности до конца не выяснен. Организм избавляется от аммиака, превращая его в нетоксичную мочевину. Нормальный ход метаболического превращения аммиака в мочевину (цикл мочевины) имеет важное значение для сохранения здоровья. При серьезных расстройствах в работе печени — например, при обширном циррозе (замещении нормальных клеток печени фибробластами и коллагеном) или тяжелом гепатите — аммиак накапливается в крови, вызывая определенные клинические симптомы. Лечение детей, страдающих врожденной недостаточностью одного из ферментов цикла мочевины, должно быть основано на понимании биохимии образования мочевины.

Общая картина

У здорового взрослого человека обновление белков в норме составляет 1—2% от общего количества белков тела за сутки и связано преимущественно с деградацией мышечных белков до аминокислот. При этом примерно 75—80% высвободившихся аминокислот снова используется в синтезе белков. Оставшаяся часть метаболизируется до конечных продуктов азотистого обмена, удаляемых из организма, а также превращается в глюкозу, кетоны и (или) углекислый газ (рис. 30.1). Суточная деградация белков составляет 30—40 г. Поскольку примерно 16% массы белка приходится на азот, суточные потери азота составляют 5—7 г. Для поддержания нормального стационарного состояния взрослый организм нуждается в потреблении в среднем 30—60 г белка или эквивалентного количества аминокислот; при этом важное значение имеет качество белка. В данном случае речь идет о соответствии содержания незаменимых аминокислот в пищевом белке содержанию их в синтезируемых белках. Независимо от источника аминокислот все те аминокислоты, которые сразу же не входят в состав нового белка, быстро распадаются, т. е. избыток аминокислот не запасается. Следовательно, излишнее потребление аминокислот бесполезно: хотя избыточные аминокислоты подвергаются катаболизму с выделением энергии, эту функцию более эффективно выполняют углеводы и липиды.

Рис. 30.1. Количественные соотношения при обновлении белков и аминокислот.

Для описания метаболизма азота в диетологии и медицине широко используется ряд терминов. Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм человека (или другой организм), и общим количеством экскретируемого азота. Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет положительный азотистый баланс. Важные примеры: период роста и беременности; азотистый баланс положителен как у здорового растущего ребенка, так и у здоровой беременной женщины. Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота уравновешивается его выделением в составе фекалий и мочи. В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота, потребляемого организмом. Важным примером служат больные, потребляющие недостаточное количество азота с пищей (например, при квашиоркоре); такое же состояние наблюдается при прогрессирующих формах рака и в ряде случаев в послеоперационном периоде.

Катаболизм аминокислот

Аминокислоты, поступающие в организм в количествах, превышающих потребности, связанные с биосинтезом белков, не могут запасаться, однако они и не удаляются из организма в неизмененном виде. Аминогруппы избыточных аминокислот отщепляются в процессе переаминирования или окислительного дезаминирования, а углеродный скелет переходит в состав амфиболических интермедиатов. У некоторых организмов (рыб) конечным продуктом катаболизма азота является свободный аммиак; такие организмы называют аммонотелическими. Другие организмы (птицы и земноводные) выделяют азот в виде мочевой кислоты, их называют урикотелическими. Организмы млекопитающих выделяют азот в виде мочевины и называются уреотелическими.

Аммиак токсичен для центральной нервной системы. Механизм токсического действия не совсем ясен, но, по-видимому он связан с обращением реакции, катализируемой глутамат дегидрогеназой (см. ниже), в результате уменьшается количество а-кетоглутарата. Мочевая кислота и ее соли очень слабо растворимы в воде и осаждаются в тканях и межтканевых жидкостях при концентрациях выше нескольких миллиграммов на 100 мл. Следовательно, к этим конечным продуктам метаболизма азота высшие организмы не являются достаточно толерантными. Поэтому человек и другие млекопитающие превращают конечные продукты азотистого обмена в высокорастворимое нетоксичное соединение — мочевину.

Биосинтез мочевины удобно разделить на 4 стадии: 1) переаминирование, 2) окислительное дезаминирование, 3) транспорт аммиака и 4) реакции цикла мочевины. На рис. 30.2 представлена схема катаболизма аминокислотного азота. Хотя каждая из приведенных выше стадий играет определенную роль и в процессах биосинтеза аминокислот (см. гл. 24), в данной главе мы будем их рассматривать с точки зрения катаболизма аминокислот.

Рис. 30.2. Поток азота в ходе катаболизма аминокислот. Хотя изображенные здесь реакции являются обратимыми, они представлены как однонаправленные, чтобы подчеркнуть направление потока метаболитов в процессе катаболизма аминокислот у млекопитающих.