Суммарная реакция синтеза мочевины

Распад аргинина обеспечивает образование мочевины и регенерирует орнитин

Аргигин синтезируется при распаде аргининосукцината

Для синтеза аргининосукцината необходима АТФ

Аминогруппа аспарагиновой кислоты - источник второго атома азота в молекуле мочевины. Конденсация аспарагиновой кислоты с цитруллином катализируется аргининосукцинат синтетазой (AС) и сопровождается гидролизом АТФ до АМФ и пирофосфата (ФФн). Так как пирофосфатазы быстро гидролизуют пирофосфат до 2 остатков фосфата, реакция сдвигается в направлении синтеза аргининосукцината.

Реакция распада аргининосукцината катализируется аргининосукцинат лиазой (АЛ) и образующийся аргинин являетсянепосредственным предшественником мочевины. Фумаровая кислота, продукт этой реакции, позволяет связать этот процесс с другими путями, включая цикл Кребса, глюконеогенез и синтез заменимых аминокислот.

Гидролиз гуанидиновой группы аргинина катализируется ферментом аргиназой. Этот фермент в незначительных количествах обнаружен и в других органах (почки, мозг и др.), но наиболее активен в печени. Мочевина путем диффузии по градиенту концентрациии поступает в кровь и транспортируется к почкам, где фильтруется и выделяется. Около 25% ее поступает в кишечник, где она становится субстратом для уреазы. Другой продукт реакции о рнитин переносится вновь митохондрии и участвует в следующем туре цикла синтеза мочевины.

3 H₂O + мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + пирофосфат

Между циклом мочевинообразования и циклом трикарбоновых кислот устанавливается тесная связь на уровне субстратов (см рис.).

Один атом азота азот доставляется ионом аммония, а другой - аспарагиновой кислотой. Глутаминовая кислота - непосредственный предшественник и аммиака, и аспартата.

Быстрая регуляция синтеза мочевины происходит на уровне КФС-1.Этот фермент аллостерически регулируется N-ацетилглутаминовой кислотой. Последняя синтезируется в митохондриях из глутамата и ацетил-КоА. Реакция катализируется при помощи синтазы, которая в свою очередь активируется аргинином.

Ацетил-КоА + глутамат N-ацетилглутаминовая кислота + КоА

Связь орнитинового и лимоннокислого циклов на уровне субстратов.

Уровень N -ацетилглутаминовой кислоты зависит от соотношения активностей N-ацетилглутамат синтазы и N-ацетилглутамат гидролазы, которая катализирует гидролиз этого соединения.

Долговременная регуляция направлена на синтез новых ферментов. Индукция синтеза определяется уровнем пищевого белка. Повышение поступления белков с пищей повышает синтез всех ферментов синтеза мочевины. Это показано в следующей таблице:

Таблица 8-5. Влияние некоторых факторов на выделение мочевины и активность ферментов орнитинового цикла.
Пища	выделение мочевины	активность ферментов
нормальная диета	Норма	Норма
Высокобелковая диета
Безбелковая диета
Голодание

Гипераммонийемия – следствие нарушения функции ферментов орнитинового цикла.

Дефицит ферментов орнитинового цикла встречается в популяции с частотой 1 случай на 25000 новорожденных и начинает проявляться в неонатальный период. К настоящему времени описаны врожденные дефекты каждого фермента, участвующего в синтезе мочевины. Все дефекты (за исключением дефицита аргиназы) сопровождаются тяжелой гипераммониемией. Высокий уровень аммиака оказывает токсическое действие на центральную нервную систему. Не поддающаяся лечению гипераммонийемия завершается тяжелым нарушениями психики.

Заболевание	Дефицит фермента	Симптомы/Комментарии
Гипераммонийемия типа I	КФС I	На 24-ый - 72-ой часы после рождения у новорожденного мгновенно развивается летаргия, он нуждается в стимуляции для кормления, появляется рвота, усиливается летаргия, гипотермия и гипервентиляция; без измерения уровня аммиака в сыворотке и адекватного вмешательства новорожденный умирает: лечение аргинином, который активирует N-ацетил глутамат синтетазу
Недостаточность N-ацетил глутамат синтетазы	N-ацетилглутамат синтетаза	Тяжелая или умеренная гиперамонийемия, ассоциированная с глубокой комой, ацидозом, поносом, атаксией, гипогликемией, гиперорнитинемией: лечение включает назначение карбамоилглутамата для активирования КФС I
Гиперамонийемия типа 2	Орнитин транскарбомоилаза	Встречается наиболее часто, уровень аммиака и аминокислот в сыворотке повышены, повышено содержание в сыворотке оротовой кислоты из-за поступления митохондриального карбомоилфосфата в цитозоль и используемого в синтезе пиримидиновых нуклеотидов, лечение диетой богатой углеводами и бедной белками, детоксикация аммиака фенилацетатом натрия или бензойнокислым натрием
Классическая цитруллинемия	Аргининосукцинат синтетаза	Эпизодическая гиперамонийемия, рвота, летаргия, атаксия, возможна кома: лечение назначением аргинина, для увеличения экскреции цитруллина, и бензойнокислого натрия для детоксикации аммиака
Аргининосукцинат ацилурия	Аргининосукцинат лиаза (аргининосукциназа)	Эпизодические симптомы подобны классической цитруллинемии, повышение в плазме и спинномозговой жидкости аргининосукцината: лечение аргинином и бензойнокислым натрием
Гипераргининемия	Аргиназа	Редкое заболевание, прогрессивная спастическая квадриплегия и олигофрения, аммиак и аргинин повышены в спинномозговой жидкости и сыворотке, аргинин, лизин и орнитин повышены в моче: лечение включает диету с незаменимыми аминокислотами (кроме аргинина), низко белковая диета

Следующие лечебные мероприятия могут ослабить проявления гипераммониемий:

· Ограничение поступления белков с пищей только незаменимыми аминокислотами.

· Введение свободных от азота аналогов аминокислот.

· Введение аргинина (для ускорения образования и выведения некоторых промежуточных продуктов цикла).

· Предупреждение стрессовых ситуаций (например, инфекции).

· Усиление альтернативных путей выведения азота с использованием.

a) бензоата натрия или б) фенилацетата натрия

Альтернативные пути выведения азота показаны ниже. На рисунке 8-16 показаны нормальные пути выделения азота аминокислот в форме мочевины и выделение азота при добавлении фенилацетата и бензоата натрия.

Введение фенилацетата связывает азот аминокислот в форме глутамина, который затем соединяется с фенилацетатом с образованием фенилацетилглутамина. Введение бензоата связывает азот аминокислот в форме глицина с выделением гиппуровой кислоты. Глицин и глутамин находятся в равновесии с аммиаком.