На головну

РОЛЬ АМІАКУ ДЛЯ живих організмів ТА ШЛЯХИ ЙОГО знешкодження. ЦИКЛ СЕЧОВИНИ ТА ЇЇ ВЛАСТИВОСТІ

  1. XI. Пристосування ТА ІНШІ ЕЛЕМЕНТИ, властивості. Здібностей та обдарувань АРТИСТА
  2. Агресивні метаболіти мікроорганізмів
  3. Азот сечовини крові
  4. Алюміній, його властивості та застосування в техніці
  5. Амфотерними називаються такі гідроксиди, які в залежності від умов виявляють властивості яких підстав, або кислот.
  6. Антигени мікроорганізмів.
  7. Армуючі матеріали і їх властивості

Хімічні властивості аміаку і аліфатичних амінів вже були розглянуті в розд. 12.2.4. У молекулах цих сполук неподіленого електронних пари атома азоту знаходиться на sp3орбіталі, тому для неї характерна гранична рухливість, а для аміаку і амінів - висока основність, нуклеофільність і схильність до комплексоутворення як лігандів. Саме ці особливості хімічних властивостей характерні і для природних амінокислот, так як вони містять «аміни» атом азоту (гл. 21). Синтез амінокислот в природі здійснюється в рослинах і мікроорганізмах, які асимілюють найпростіші азотовмісні сполуки (аміак і нітрати) і відновлюють їх до аміаку, використовуючи його для синтезу життєво важливих амінокислот, білків, гетероциклічних азотовмісних сполук і нуклеїнових кислот. Ці цінні природні речовини в готовому вигляді як продукти харчування дістаються тваринам. Більшість організмів економно використовують амінокислоти і нуклеотиди, пропускаючи їх через процеси метаболічного поновлення, що дозволяє використовувати їх повторно.

Внаслідок особливостей метаболізму у тварин, зокрема дезаминирования амінокислот, в їх організмах з'являється аміак. У нормі концентрація аміаку підтримується в крові у людини на рівні 0,4 - 0,7 мг / л. При рН крові аміак існує майже повністю у вигляді катіона амонію. Іони NH4 (+), будучи зарядженими частинками, з великими труднощами проникають через клітинні мембрани. Дисоціація катіона амонію (як сполученої кислоти з відщепленням протона і утворенням аміаку) протікає слабо - pKa(NH4 (+)) = 9,25. Отже, аміак є сильним акцептором протона. З цієї причини, а також через схильність до комплексоутворення аміак добре розчиняється в воді, утворюючи малоустойчивое з'єднання NH3 - H2О - міжмолекулярної ассоциат (розд. 12.2.4).

На відміну від катіонів амонію, молекули аміаку у вигляді асоціата з молекулою води легко проходять крізь мембрани і здатні проникати в клітини мозку, а також в їх мітохондрії. В результаті сповільнюються реакції дезамінування глутамінової кислоти з утворенням 2-оксоглутарат (розд. 21.2.5). Отже, знижується інтенсивність реакцій: циклу Кребса (розд. 19.4.3), завершення окислення глюкози (розд. 22.1.2) і синтезу АТФ (розд. 9.3.4), що забезпечують мозок енергією. Крім того, аміак, потрапляючи в нервові тканини, вступає в реакції комплексоутворення з катіонами біометалів, порушуючи метало-лігандная гомеостаз в цих тканинах (розд. 10.5). Все це свідчить про токсичність надлишку аміаку для тварин, тому для них проблема видалення з організму токсичного аміаку надзвичайно важлива.

У кісткових риб аміни азот транспортується у вигляді глутаміну в зябра, де міститься глутамінази, що каталізує гідроліз глутаміну до глутамінової кислоти і аміаку. Утворився аміак сильно розбавляється потоком води, що омиває зябра, і несеться ім. Таким чином, у риб функціонує найпростіша система позбавлення організму від надлишку аміаку.

В процесі еволюції у ссавців сформувалася спеціальна система виділення з нирок і сечового міхура. При цьому в сечу надходить не аміак і не катіон амонію, а сечовина CO (NH2) 2 (в сечі людини вміст сечовини близько 2%). Тому основний метаболічний шлях знешкодження аміаку у ссавців полягає в тому, що в клітинах печінки на його основі синтезується сечовина. Цей синтез відбувається в формі циклу і називається циклом сечовини * (Відкритий Г. Кребсом і К. Хенселантом в 1932 р).

Цикл сечовини.Починається цей процес з отримання карбамоілфосфата в матриксі мітохондрій, де багато АТФ.

 
 

 I. Освіта карбамоілфосфата. Іони амонію, що виникли в результаті окисного дезамінування глутамінової кислоти, взаємодіють з гідрокарбонат-аніоном і АТФ за участю карбамоілфосфатсінтетази, утворюючи карбамоілфосфат, що містить макроергічні зв'язок:

II. Отримання цитруллина. У матриксі мітохондрій
 карбамоілфосфат конденсується з амінокислотою орнітином,
яка, будучи гомологом лізину, не входить до складу білків.
 реакція каталізується орнітінкарбамоілтрансферазой:

Утворився цитрулін переходить з мітохондрій в цитозоль клітин печінки, де протікають інші реакції циклу сечовини.

III. Отримання аргініносукцінат. Нуклеофільне заміщення карбонільної групи цитруллина на аміногрупу аспартату з утворенням гуанідинового угруповання аргініносукцінат відбувається за участю АТФ і каталізується
аргініносукцінатсінтетазой:

Реакція ендергонічная, і рівновагу зміщується вправо за рахунок подальшого гідролізу Н2Р2O7 (2). Таким чином, на перебіг першої і третьої реакцій циклу сечовини всього витрачається 4 молекули АТФ.

 
 

 IV. Розпад аргініносукцінат. Під дією аргініносукцінатліази аргініносукцінат екзергоніческі розщеплюється з утворенням аргініну і фумарату:

У циклі сечовини це єдина реакція внутрішньомолекулярної дисмутації. Всі інші реакції цього циклу - електро-трофільно-нуклеофільниє.

V. Освіта сечовини і регенерація ор-Нітіна. Гідроліз аргініну, що каталізує аргінази, призводить до утворення сечовини і регенерації орнитина. Реакція екзергонічна.

Регенерований орнітин може знову надходити в мітохондрії і брати участь в новому обороті циклу сечовини. Утворену сечовину кров переносить з печінки в нирки, де сечовина витягується з крові і видаляється з організму з сечею.

З наведених реакцій видно, що токсичний аміак перетворюється в нешкідливу сечовину. При цьому один з атомів азоту сечовини утворюється з аміаку, інший - з аспартату. Крім аміаку за рахунок циклу сечовини організм позбавляється ще й від СО2 у вигляді НСО3. На це очищення від кінцевих продуктів метаболізму організм витрачає 4 молекули АТФ. Перш ніж розглянути особливості знешкодження аміаку в організмі птахів і плазунів, коротко зупинимося на властивостях сечовини.

Властивості сечовини. Сечовина є ДИАМИДА вугільної кислоти, і тому її часто називають карбамідом. На відміну від аміаку, в мочевине у атомів азоту їх неподіленого електронні пари знаходяться на 2р-орбіталі і беруть участь в сполученні з ?-електронами зв'язку С = 0. Тому основність, нуклеофільність і схильність до комплексоутворення у сечовини знижені. Сечовина є дуже слабкою основою; вона протоніруется по атому кисню:

 
 

Сечовина легко розчиняється у воді, її розчини мають нейтральну реакцію. Розчинення сечовини у воді відбувається з поглинанням теплоти.

Сечовина гідролізується повільно навіть при кип'ятінні з водою; процес прискорюється в присутності кислот або лугів:

У присутності ферменту уреази сечовина гідролізується дуже швидко, що дуже важливо для обміну речовин у тварин і кругообігу азоту в біосфері.

За хімічними властивостями сечовина схожа на аміди карбонових кислот (розд. 19.2.3) з тією відмінністю, що у сечовини більш виражені нуклеофільниє і комплексоутворюючі властивості, так як в її молекулі карбонільної група пов'язана з двома аміногрупами. Сечовина як нуклеофил порівняно легко ацилуючий, утворюючи азотсодержащие гетероциклічні сполуки. Ацилирование сечовини малоновою кислотою призводить до барбитуровой кислоті, що є пірімідіновим похідним:

При ацилированием сечовини 5-оксібарбітуровой кислотою утворюється сечова кислота - Похідне пурину:

Сечова кислота і її солі (урати) погано розчиняються у воді. Тому при порушеннях обміну речовин можливе відкладення сечової кислоти в суглобах, що призводить до захворювання на подагру. Камені сечового міхура і нирок складаються з сечової кислоти і її солей уратів (Розд. 11.4).

При нагріванні сечовини до 140 ° С одна молекула сечовини, отщепляя аміак, ацилуючий іншу молекулу сечовини, утворюючи біурет:

Біурет в лужному середовищі з катіонами міді (2) дає фіолетове забарвлення, обумовлене утворенням хелатного комплексу (биуретовая реакція):

 
 

 Сечовина широко застосовується в якості пролонгованої азотного добрива та добавки до кормів жуйних тварин, у яких в першому відділі шлунка (рубець) є мікроорганізми, що використовують її для синтезу амінокислот, необхідних організму господаря. У медицині сечовину застосовують в основному в якості дегидратирующего кошти для попередження і зменшення набряку мозку і токсичного набряку легенів, а також як засіб, що знижує внутрішньоочний тиск. В основі цього ефекту, крім явища осмосу, ймовірно, лежить здатність сечовини впливати на просторову структуру води в розчині. Дезінфікуючі властивості сечі і використання її в уринотерапии, можливо, також пов'язані з особливою просторовою структурою води в ній. Ця структура води формується в ниркової системі, але при зберіганні in vitro в результаті теплового руху вона руйнується, і цілющість сечі зменшується.

Повернемося до проблеми знешкодження аміаку у живих істот. На відміну від ссавців, організм птахів і плазунів очищається від аміаку, перетворюючи його складним шляхом в сечову кислоту. Через низьку розчинність в воді послід птахів, званий гуано, є напівтверду масу, що складається з кристалів сечової кислоти і невеликої кількості води. Багатющі поклади гуано, використовуваного як добриво, зосереджені в місцях гігантських пташиних базарів. В сучасних умовах джерелом гуано є великі птахофабрики.



Попередня   236   237   238   239   240   241   242   243   244   245   246   247   248   249   250   251   Наступна

Електрофільне-нуклеофільному властивості | Окислювально-ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ властивості | СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ ПЕПТИДІВ | СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ | ВУГЛЕВОДИ і полісахариди | БУДОВА, ізомери і властивості моносахаридів | Хімічні властивості моносахариди та їх похідних | Катаболізму ГЛЮКОЗИ - ГЛІКОЛІЗ | гомополісахаридів | Гетерополісахарид, протеоглікани, глікопротеїни |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати