А. Предположите, активность какого фермента снижена в почках. Напишите реакцию, которую он катализирует.

Б. Почему развивается ацидоз?

В. Объясните причину возникновения гипонатриемии и гипокалиемии?

А. Гидролитическое дезаминирование глутамина

                             

 

Высокая интенсивность процессов дезаминирования аминокислот в тканях и очень низкий уровень аммиака в крови свидетельствуют о том, что в клетках активно происходит связывание аммиака с образованием нетоксичных соединений, которые выводятся из организма с мочой (обезвреживание аммиака).

Основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы. Глутаминсинтетаза локализована в митохондриях клеток, для работы фермента необходим кофактор — ионы Mg2+. Глутаминсинтетаза — один из основных регуляторных ферментов обмена аминокислот.

 

В почках также происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться.

Б. Синдром Баттлера-Олбрайта – наследственное заболевание, связанное с нарушением секреции протонов (Н+) в просвет дистальных отделов извитых канальцев почек (либо с обратной диффузией их из просвета канальца в клетку). Нарушается активная секреция и экскреция ионов водорода, что приводит к неспособности дистальных канальцев поддерживать градиент рН, сочетающийся с потерей ионов калия и натрия с мочой.

 

Ацидоз - смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности (уменьшению рН). При снижении активности данного фермента замедляется превращение глутамина в глутамат и образование аммонийных солей частично прекращается, что приводит к ацидозу.

 

В. Катионы аммония (NH4+) поддерживают кислотно-щелочное равновесие, т.е. способствуют выведению протонов (Н+) и анионов кислот из организма. В норме в почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.

Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При нарушении активности фермента ведет к недостаточной концентрации NH4+, из-за чего анионы кислот выводятся в виде натриевых и калиевых солей.

118

Животному ввели метионин с меченым атомом углерода ¹⁴С в метильной группе. Укажите соединения, в которых была обнаружена метка через некоторое время (А, Б, В). Для написания реакций используйте метаболические карты. Охарактеризуйте биологическое значение каждого вещества.

А. Креатин

1. Арг + Глицин        Гуанидинацетат + Орнитин

                                     в почках

	S аденозилметионин

2. Гуанидинацетат                                                             Креатин

                                         в печени

Креатин необходим для образования в мышцах высокоэнергетического соединения — кре-атинфосфата. Синтез креатина идёт в 2 стадии с участием 3 аминокислот: аргинина, глицина и метионина. В почках образуется гуанидинацетат при действии глицинамидинотрансферазы. Затем гуанидинацетат транспортируется в печень, где происходит реакция его метилирования под действием фермента гуанидинацетатметилтрансферазы. Креатин с кровотоком переносится в мышцы и клетки мозга, где из него под действием фермента креатинкиназы образуется высокоэнергетическое соединение — креатинфосфат.

Креатинфосфат играет важную роль в обеспечении энергией работающей мышцы в начальный период. Креатинфосфат обеспечивает срочный ресинтез АТФ в первые секунды работы (5 10 сек), когда никакие другие источники энергии (анаэробный гликолиз, аэробное окисление глюкозы, β-окисление жирных кислот) еще не активированы, и кровоснабжение мышцы не увеличено. В клетках нервной ткани креатинфосфат поддерживает жизнеспособность клеток при отсутствии кислорода. В результате неферментативного дефосфорилирования, главным образом в мышцах, креатинфосфат превращается в креатинин, выводимый с мочой. Определение содержания креатина и креатинина в крови и моче используется для характеристики интенсивности работы мышц в спортивной медицине и при некоторых патологических состояниях.

Б. Холин (ацетилхолин, лецитин)

 

Серин (-СО2)→ Этаноламин (+3СН₃) → Холин

Холин – витаминоподобное вещество (В4) способствующее ускорению обмена веществ. Улучшает всасывание жирорастворимых витаминов. При термообработке моментально разрушается. Холин играет роль в нормальном функционировании нервной системы и других клеток: компонент фосфатидилхолина - основного фосфолипида мембран клеток, участвует в образовании защитной миелиновой оболочки нервов, предшественник нейромедиатора ацетилхолина. Как компонент фосфатидилхолина холин является гепатопротектором: ускоряет структурное восстановление поврежденных тканей печени при токсических воздействиях лекарств, вирусов, алкоголя и наркотиков, улучшает состояние желчи, повышая растворимость холестерина и препятствуя образованию желчных камней, его недостаток ведет к снижению эвакуации триацилглицеролов и к жировому перерождению печени (гепатозу), снижает уровень холестерола и концентрацию жирных кислот в крови. Холин нормализует гормональный фон: при сахарном диабете I типа употребление холина способствует снижению потребности в инсулине, участвует в биосинтезе простагландинов в предстательной железе, в пожилом возрасте предупреждает нарушение работы предстательной железы, повышает подвижность сперматозоидов.

Недостаток холина может привести к жировой дистрофии печени. Показателями недостатка холина в организме служат раздражительность, нервные срывы, усталость, диарея (при употреблении жирных продуктов), гастрит, ухудшение работы печени, повышенное артериальное давление, замедление роста.

В. Адреналин

Тир→ДОФА→Дофамин(фермент дофамин-гидроксилаза) →Норадреналин                                                       

                       

Норадреналин (S аденозилметионин) →Адреналин

Катехоламины действуют на клетки-мишени через рецепторы, локализованные в плазматической мембране. Биологические эффекты адреналина и норадреналина затрагивают практически все функции организма, в частности они активируют липолиз, гликогенолиз.

Роль адреналина является гормональной, норадреналин преимущественно является нейромедиатором.

Биосинтез катехоламинов из тирозина происходит в хромафинных клетках мозгового слоя надпочечников. Главный продукт – адреналин (~80%). Вне мозгового слоя надпочечников адреналин не образуется. В противоположность к нему основное количество норадреналина образуется в нервных окончаниях (синапсах).

Превращение тирозина в адреналин включает 4 реакции: (особенности обмена тирозина)

-   гидроксилирование кольца тирозина с образованием ДОФА;

-   декарбоксилирование ДОФА с образованием дофамина;

-   гидроксилирование боковой цепи дофамина – образуется при этом норадреналин;

-   N- метилирование норадреналина – образуется адреналин.

Разные ткани по-разному реагируют на адреналин:

- мозг - усиление кровотока и повышение обмена глюкозы;

- сердечно-сосудистая система – увеличение частоты и силы

 сокращения сердца, сужение периферических сосудов;

-   легкие – расширение бронхов, увеличение вентиляции, улучшение снабжения тканей кислородом;

-   мышцы – усиливается гликогенолиз, происходит повышение мышечной активности;

-   печень – глюконеогенез, гликогенолиз – усиливаются, а синтез гликогена, наоборот, снижается;

-   жировая ткань – повышение липолиза и увеличение в крови СЖК;

-   кожа – снижение в ней кровотока;

-   кровь – в ней повышается содержание глюкозы и высших жирных кислот.

В целом, гормоны мозгового вещества надпочечников – катехоламины – обеспечивают адаптацию организма к острым и хроническим стрессам. Адреналин, норадреналин и дофамин в связи с этим называют гормонами «борьбы и бегства». Все это делает адреналин ценнейшим лечебным средством, особенно в критических ситуациях, например, при сердечном коллапсе.

119

Заболевание семейная гипераммониемия (передается по аутосомно-рецессивному типу) характеризуется стойким увеличением содержания в крови аммиака и полным отсутствием цитруллина. Основные клинические симптомы связаны с поражением центральной нервной системы.