Las vías de eliminación de la urea del cuerpo humano

Los aminoácidos son las unidades básicas que forman las moléculas de proteínas. La proteína es la base de las actividades vitales. La mayoría de las proteínas del cuerpo están en constante descomposición y anabolismo. Las células utilizan constantemente aminoácidos para sintetizar proteínas y descomponerlas en aminoácidos. Este proceso de conversión en el cuerpo, por un lado, elimina proteínas anormales cuya acumulación puede dañar las células. Por otro lado, la actividad de las enzimas o proteínas reguladoras está regulada por síntesis y descomposición, regulando así el metabolismo celular. De hecho, los niveles de enzimas están determinados no sólo por su síntesis sino también por su descomposición. Por tanto, para las células, la descomposición y síntesis de proteínas son igualmente importantes. ?

El catabolismo de las proteínas primero se hidroliza en aminoácidos bajo la catálisis de enzimas, y luego cada aminoácido sufre un catabolismo, o se convierte en otras sustancias, o participa en la síntesis de nuevas proteínas. Por tanto, el metabolismo de los aminoácidos es un componente central del catabolismo de las proteínas. ?

Después de la digestión y absorción, las proteínas de los alimentos se transportan a diversos tejidos del cuerpo a través de la circulación sanguínea en forma de aminoácidos. Los aminoácidos de esta fuente se denominan aminoácidos exógenos. Las proteínas en varios tejidos del cuerpo se descomponen constantemente en aminoácidos bajo la acción de las enzimas tisulares; el cuerpo también puede sintetizar algunos aminoácidos (estas dos fuentes de aminoácidos se denominan aminoácidos endógenos); No hay diferencia entre los aminoácidos exógenos y los aminoácidos endógenos. Ambos constituyen la reserva metabólica de aminoácidos del cuerpo (reserva metabólica). La reserva metabólica de aminoácidos generalmente se calcula en función de la cantidad total de aminoácidos libres. El cuerpo no tiene tejidos ni órganos especializados para almacenar aminoácidos. La reserva metabólica de aminoácidos en realidad incluye aminoácidos en el líquido intracelular, el líquido intercelular y la sangre. ?

La función principal de los aminoácidos es sintetizar proteínas, péptidos y otras sustancias fisiológicamente activas que contienen nitrógeno. Además de las vitaminas (la vitamina PP es una excepción), a partir de aminoácidos se pueden convertir en el cuerpo diversas sustancias que contienen nitrógeno, incluidas proteínas, hormonas peptídicas, derivados de aminoácidos, melanina, bases purínicas, bases pirimidínicas, creatina, aminas y coenzimas. o grupos protésicos, etc. ?

Por la estructura de los aminoácidos, a excepción de los diferentes grupos R en las cadenas laterales, todos tienen grupos α-amino y α?carboxilo. El catabolismo de los aminoácidos en el cuerpo es en realidad el metabolismo de los grupos amino, carboxilo y R?. La vía principal del catabolismo de los aminoácidos es la desaminación para producir amoníaco y el correspondiente α-cetoácido; otra vía del catabolismo de los aminoácidos es la descarboxilación para producir CO2 y aminas. La amina se puede descomponer aún más en amoníaco y los correspondientes aldehídos y ácidos mediante la acción de la aminooxidasa en el cuerpo. El amoníaco es una sustancia tóxica para el cuerpo humano. El amoníaco se sintetiza principalmente en urea y se excreta del cuerpo. También puede sintetizar otras sustancias que contienen nitrógeno (incluidos aminoácidos no esenciales, glutamina, etc.). Puede excretarse directamente a través de la orina. El cetoácido generado por la parte del grupo R? puede oxidarse y descomponerse aún más para generar CO2 y agua, y proporcionar energía. También puede convertirse en azúcar o lípidos mediante ciertas reacciones metabólicas y almacenarse en el cuerpo. Dado que los diferentes aminoácidos tienen estructuras diferentes, su metabolismo también tiene sus propias características. ?

Cada tejido y órgano desempeña un papel diferente en el metabolismo de los aminoácidos, entre los que el hígado es el más importante. La velocidad de renovación de las proteínas del hígado es relativamente rápida y el metabolismo de los aminoácidos es activo. La mayoría de los aminoácidos se catabolizan en el hígado. Al mismo tiempo, el proceso de desintoxicación del amoníaco también se lleva a cabo principalmente en el hígado. El catabolismo de los aminoácidos ramificados se produce principalmente en el tejido muscular. ?

El contenido de proteínas en los alimentos también afecta la tasa metabólica de los aminoácidos. Una dieta rica en proteínas puede inducir la síntesis de enzimas relacionadas con el metabolismo de los aminoácidos, acelerando así el metabolismo (Figura 7-1).

Figura 7-1 Descripción básica del metabolismo de los aminoácidos

1. ¿Desaminación de aminoácidos?

Figura 7-2 Reacción de deshidrogenación oxidativa catalizada por glutamato deshidrogenasa

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La desaminación se refiere al proceso en el que los aminoácidos se desaminan para formar α-cetoácidos bajo la catálisis de enzimas. Esta es la forma principal en que se descomponen los aminoácidos en el cuerpo. Hay 20 tipos de aminoácidos involucrados en la síntesis de proteínas humanas. Tienen diferentes estructuras y diferentes métodos de desaminación. Incluyen principalmente la desaminación oxidativa, la transaminación, la desaminación combinada y la desaminación no oxidativa. ?

(1) ¿Desaminación oxidativa (desaminación oxidativa

)?

La desaminación oxidativa se refiere a la deshidrogenación oxidativa de aminoácidos bajo la catálisis de enzimas. El proceso de desaminación simultánea.

?

¿Desaminación oxidativa catalizada por deshidrogenasa no aeróbica?

El glutamato se produce en las mitocondrias mediante la glutamato deshidrogenasa (glutamato

deshidrogonasa) que cataliza la desaminación oxidativa. La deshidrogenasa del ácido glutámico es una deshidrogenasa no aeróbica que utiliza NAD+ o NADP+ como coenzima. La reacción de oxidación transfiere la deshidrogenación del ácido glutámico Cα a NAD(P)+ para formar ácido α?iminoglutárico, que luego se hidroliza para generar ácido α?cetoglutárico y amoníaco (Figura 7-2). ?

El ácido glutámico deshidrogenasa es una enzima alostérica. El PIB y el ADP son activadores alostéricos y el ATP y el GTP son inhibidores alostéricos. ?

En el cuerpo, la glutamato deshidrogenasa cataliza una reacción reversible. Generalmente, se prefiere la síntesis de glutamato (△G°′≈30kJ·mal?1), porque las altas concentraciones de amoníaco son perjudiciales para el cuerpo y este punto de equilibrio de la reacción ayuda a mantener una concentración baja de amoníaco. Sin embargo, cuando la concentración de glutamato es alta y la concentración de NH3 es baja, es beneficioso para la desaminación y la generación de α-cetoglutarato. ?

(2) ¿Transaminación?

La transaminación se refiere a la transferencia del grupo amino de un α-aminoácido a otro α-cetoácido bajo la catálisis de una transaminasa para formar el correspondiente α-cetoácido y un nuevo proceso de α-aminoácido. ?

La mayoría de los aminoácidos del cuerpo se desaminan mediante transaminación. De los 20 α-aminoácidos implicados en la síntesis de proteínas, excepto glicina, lisina, treonina y prolina, que no participan en la transaminación, el resto puede ser catalizado por aminotransferasas específicas y participar en la transaminación. El receptor amino más importante para la transaminación es el α-cetoglutarato, que produce ácido glutámico como un aminoácido recién formado:

El grupo amino del ácido glutámico se transfiere aún más al oxalacetato para generar α?cetoglutarato y ácido aspártico: ?

O transferido a piruvato. Se generan ácido α-cetoglutárico y alanina, y el ácido α-cetoglutárico se regenera mediante la segunda reacción de transaminación.

Por lo tanto, existen fuertes actividades de transaminasa glutámico pirúvica (GPT) y transaminasa glutámico oxalacética (GOT) en el cuerpo. ?

La transaminación es reversible. En esta reacción, △G°′≈0, por lo que la constante de equilibrio es aproximadamente 1. La dirección de la reacción depende de las concentraciones relativas de los cuatro reactivos. Por lo tanto, la transaminación también es una vía importante para la síntesis de ciertos aminoácidos (aminoácidos no esenciales) en el cuerpo. ?

2. Mecanismo de transaminación: ?

El proceso de transaminación se puede dividir en dos etapas: ?

(1) Transaminación de un aminoácido a la enzima. molécula, produciendo el cetoácido y la aminolasa correspondientes:

(2) El NH2 se transfiere a otro cetoácido (como el α-cetoglutarato) para generar aminoácidos y liberar la enzima Molécula:

Para transmitir el gen NH2, la transaminasa requiere la participación de su coenzima-piridoxal-5'-fosfato (PLP), que contiene aldehído. Durante el proceso de transaminación, la coenzima PLP se convierte en piridoxamina 5'fosfato (PMP). El PLP condensa su grupo aldehído con el grupo lisina ω amino en la molécula de enzima para formar una base de Schiff, que luego se une de manera valente a la molécula de subenzima. ?

Esmond Snell, Alexandre

Branstein y David Metgler et al. revelaron que la transaminación es un mecanismo de ping-pong y las dos etapas se dividen en tres pasos (Figura 7-3). ). ?

Figura 7-3 Mecanismo de reacción de transaminación enzimática dependiente de PLP

La primera etapa: ¿conversión de aminoácidos en cetoácido?

(1) Aminoácido El grupo NH2 nucleofílico actúa sobre el átomo C de la base de Schiff de la enzima PLP

Schiff para formar un aminoácido PLP

Schiff mediante una reacción de transiminación (transiminación o transSchiffigation) alcalina, mientras restaura el grupo NH2 de la lisina en la molécula de enzima.

?

(2) El aminoácido α hidrógeno es catalizado por la enzima lisina del sitio activo y se agrega un protón al átomo de C en la posición 4 del PLP a través de un producto intermedio estable a la vibración para convertir el aminoácido. ácido α en LP

La molécula de base de Schiff se reordena en una base de Schiff de α?cetoácido?PMP. ?

(3) La hidrólisis produce PMP y α-cetoácido. ?

La segunda etapa: ¿el α-cetoácido se convierte en aminoácido?

Para completar el ciclo de reacción de transaminación, la coenzima debe convertirse de PMP a E?PLP

En forma de Schiff, este proceso también incluye tres pasos y es el proceso inverso de la reacción anterior. ?

(1) El PMP reacciona con un α-cetoácido para formar una base de Schiff de α-cetoácido. ?

(2) Reordenamiento molecular, α?cetoácido?PMP

La base de Schiff se convierte en aminoácido?PLP base de Schiff. ?

(3) ¿El grupo lisina ω?NH2 en el sitio activo de la enzima ataca al aminoácido?PLP

base de Schiff y genera una enzima activa mediante transiminación?PLP Schiff base y libera los nuevos aminoácidos formados. ?

En la reacción de transaminación, la coenzima se convierte entre PLP y PMP y desempeña el papel de transportador amino en la reacción. El grupo amino se transfiere entre el α-cetoácido y el α-?aminoácido. Se puede observar que no hay producción neta de NH3 en la reacción de transaminación. ?

3. ¿El significado fisiológico de la transaminación?

La transaminación juega un papel muy importante. El tipo y la cantidad de aminoácidos no esenciales en el cuerpo se pueden ajustar mediante transaminación para satisfacer la demanda de aminoácidos no esenciales durante la síntesis de proteínas en el cuerpo. ?

La transaminación también es un componente importante de la desaminación combinada, que acelera la transformación y el transporte de amoníaco en el cuerpo y conecta el metabolismo del azúcar, el metabolismo de los lípidos y el metabolismo de los aminoácidos del cuerpo. ?

(3) ¿Desaminación combinada?

La desaminación combinada es el principal método de desaminación en el cuerpo. Hay dos vías de reacción principales:

1. Deaminación combinada catalizada por la transaminasa y el ácido L-glutámico: primero, el grupo α-amino de un determinado aminoácido es catalizado por la transaminasa. cetoglutarato para generar glutamato, y luego, bajo la acción de la L-glutamato deshidrogenasa, el ácido glutámico se desamina oxidativamente para generar α-cetoglutarato, y luego el α-cetoglutarato continúa participando en la transaminación. ?

La L-glutamato deshidrogenasa se distribuye principalmente en tejidos como el hígado, los riñones y el cerebro, y el efecto de transaminación del α-cetoglutarato se encuentra comúnmente en varios tejidos, por lo que esta desaminación combinada ocurre principalmente en tejidos como como hígado, riñón y cerebro. La reacción de desaminación combinada es reversible, por lo que también puede denominarse aminación combinada. ?

2. Ciclo de nucleótidos de purina (ciclo de nucleótidos de purina): La actividad de la L?glutamato deshidrogenasa en el tejido del músculo esquelético y del músculo cardíaco es muy baja, por lo que no puede pasar lo anterior. Forma de desaminación por reacción de desaminación combinada. Sin embargo, el músculo esquelético y el músculo cardíaco son ricos en adenilato desaminasa (adenilatodesaminasa), que puede catalizar la adición de agua y la desaminación del adenilato para generar nucleótidos de inosina (IMP). ?

Un aminoácido puede transferir su grupo α-amino a oxalacetato para producir ácido aspártico después de dos reacciones de transaminación. El ácido aspártico puede transferir este grupo amino al nucleótido de hipoxantina para generar nucleótido de adenina (a través del compuesto intermedio ácido adenilosuccínico). El proceso de desaminación se puede representar en la Figura 7-4.

Figura 7-4 Ciclo de los nucleótidos de adenina

Actualmente se cree que el ciclo de los nucleótidos de purina es el principal método de desaminación de aminoácidos en el músculo esquelético y el músculo cardíaco. John

Lowenstein demostró que este ciclo de nucleótidos de purina juega un papel importante en el metabolismo del tejido muscular. El aumento de la actividad muscular requiere un ciclo mejorado del ácido tricarboxílico para obtener energía. Este proceso requiere un aumento de los intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico y el tejido muscular carece de enzimas que puedan catalizar esta reacción compensatoria. El tejido muscular depende de este ciclo de nucleótidos de purina para reponer el producto intermedio: oxalacetato. Los estudios han demostrado que las actividades de las tres enzimas que catalizan las reacciones del ciclo de los nucleótidos de la purina en el tejido muscular son varias veces mayores que en otros tejidos. Los pacientes con defectos genéticos en la AMP desaminasa (deficiencia de miadenina desaminasa) son propensos a la fatiga y, a menudo, experimentan calambres después del movimiento.

Esta forma de desaminación combinada es irreversible, por lo que los aminoácidos no esenciales no pueden sintetizarse mediante su proceso inverso.

Esta vía metabólica no sólo vincula el metabolismo de los aminoácidos con el metabolismo del azúcar y el metabolismo de los lípidos, sino que también vincula el metabolismo de los aminoácidos con el metabolismo de los nucleótidos. ?

(4) ¿Desaminación no oxidativa (desaminación no oxidativa)?

Algunos aminoácidos también pueden convertir grupos amino en aminoácidos mediante la no-desaminación. desaminación oxidativa. ?

1. Deshidratación y desaminación. Por ejemplo, la serina puede generar amoníaco y piruvato bajo la catálisis de la serina deshidratasa.

Bajo la acción de la treonina deshidratasa, la treonina genera α-cetobutirato, que luego es metabolizado por la propionil coenzima A y la succinil AoC, como se muestra en la figura siguiente.

Esta es una de las formas en que la treonina se descompone en el cuerpo. ?

2. Desaminación del desulfuro La cisteína puede generar piruvato y amoníaco bajo la catálisis de la desulfuro hidrogenasa.

3. Deaminación directa. El ácido aspártico se puede desaminar directamente bajo la acción de la enzima ácido aspártico para generar ácido fumárico y amoníaco. ?

2. ¿Metabolismo del amoníaco?

(1) ¿Fuente del amoníaco?

1. Amoníaco producido por la descomposición de los aminoácidos en los tejidos. los tejidos se combinan Deaminación La desaminación, o desaminación por otros medios, es la principal fuente de amoníaco en los tejidos. Los aminoácidos en los tejidos sufren una reacción de descarboxilación para generar aminas, sobre las cuales luego actúa la monoaminooxidasa o la diaminooxidasa para generar amoníaco libre y los aldehídos correspondientes. Esta es la fuente secundaria de amoníaco en los tejidos. en los tejidos es la principal fuente de amoníaco en el organismo. Cuando hay demasiadas proteínas en la dieta, también aumenta la producción de amoníaco en esta parte. ?

2. Amoníaco de los riñones Cuando la glutamina en la sangre fluye a través de los riñones, puede ser descompuesta por la glutaminasa (glutaminasa) en las células epiteliales tubulares renales para generar glutamato y NH3.

Esta parte del NH3 supone alrededor del 60% del amoniaco producido por los riñones. La descomposición de varios otros aminoácidos en las células epiteliales de los túbulos renales también produce amoníaco, que representa aproximadamente el 40% del amoníaco producido por los riñones. ?

El amoníaco en las células epiteliales tubulares renales tiene dos rutas: puede excretarse en la orina original y excretarse con la orina o puede reabsorberse en la sangre y convertirse en amoníaco sanguíneo. El amoníaco penetra fácilmente las membranas biológicas, mientras que el NH+4 no penetra fácilmente las membranas biológicas. Por lo tanto, la ruta de producción de amoníaco por los riñones depende del pH relativo de la sangre y la orina original. El pH de la sangre es constante y, por lo tanto, en realidad está determinado por el pH de la orina original. Cuando el valor del pH de la orina original es ácido, el NH3 descargado en la orina original se combina con H+ para formar NH+4, que se excreta en la orina. Si el valor del pH de la orina original es alto, el NH3 se reabsorbe fácilmente en la sangre. Esto debe tenerse en cuenta cuando se utilizan diuréticos en pacientes con amoníaco en sangre clínicamente elevado. ?

3. Amoníaco de origen intestinal Esta es la principal fuente de amoníaco en sangre. En circunstancias normales, el 15,0% de la urea sintetizada por el hígado se secreta hacia la luz intestinal a través de la mucosa intestinal. Las bacterias intestinales tienen ureasa, que puede hidrolizar la urea en CO2 y NH3. Esta parte del amoníaco representa aproximadamente el 90% de la producción intestinal total de amoníaco (aproximadamente 4 gramos por día para los adultos). El amoníaco en el intestino se puede absorber en la sangre; 3/4 del sitio de absorción se encuentran en el colon y el resto en el yeyuno y el íleon. Una vez que el amoníaco ingresa a la sangre, puede ingresar al hígado a través de la vena porta y resintetizar urea. Este proceso se llama circulación enterohepática de la urea (entero?hepatina

circulación de la urea). ?

Una pequeña cantidad de amoníaco en el intestino proviene de la putrescencia. Esto se refiere al proceso en el que las bacterias intestinales descomponen las proteínas alimentarias no digeridas y absorbidas o sus aminoácidos hidrolizados. Los productos de la putrefacción incluyen aminas, amoniaco, fenol, indol, H2S y otras sustancias nocivas para el cuerpo humano. También pueden producir sustancias beneficiosas para el cuerpo humano, como ácidos grasos, vitamina K, biotina, etc. ?

El grado de reabsorción de NH3 en el intestino hacia la sangre depende del valor del pH del contenido intestinal. Cuando el valor del pH en el intestino es inferior a 6, el amoníaco en el intestino genera NH+4. , que se excreta con las heces; cuando el valor del pH en el intestino es superior a 6, el amoníaco del intestino se absorbe en la sangre. Clínicamente, al administrar un tratamiento con enema a pacientes con niveles altos de amoníaco en sangre, está contraindicado el uso de agua con jabón para evitar agravar la afección. ?

(2) ¿A dónde va el amoníaco?

El amoníaco es una sustancia tóxica. El cuerpo humano debe convertir el amoníaco en sustancias no tóxicas o menos tóxicas a tiempo y luego excretarlo. del cuerpo. La ruta principal es sintetizar urea en el hígado y excretarse en la orina; parte del amoníaco se puede sintetizar en glutamina y asparagina, y otros aminoácidos no esenciales se pueden excretar directamente a través de la orina; La excreción de amoníaco en la orina es beneficiosa para la excreción de ácido.

?

Figura 7-5 Fuente y salida de amoníaco

(3) ¿Transporte de amoníaco?

1. Como receptor amino transferido, el propionato se genera y se transporta al hígado a través de la sangre. En el hígado, el piruvato se produce mediante transaminación, que puede convertirse en glucosa mediante gluconeogénesis. La glucosa se transporta desde la sangre al tejido muscular, donde se cataboliza para producir piruvato, que luego acepta grupos amino para producir alanina. Esta vía de reciclaje se llama "ciclo de alanina (alanina)glucosa). A través de esta vía, la base NH2 de los aminoácidos musculares se transporta a los órganos como NH3 o aspartato. El ácido sintetiza urea (Figura 7-6). )?

Figura 7-6 Ciclo de glucosa-alanina

El amoníaco y los aminoácidos en el tejido muscular se descomponen a través de este ciclo durante la inanición. Se transporta piruvato, el producto de degradación incompleta de la glucosa. al hígado en forma de alanina no tóxica como materia prima para la gluconeogénesis. ¿La glucosa producida por el hígado puede ser utilizada por los músculos u otros tejidos periféricos?

2. por la glutamina sintetasa (glutamina

sintetasa) para generar glutamina (glutamina), que se transporta desde la sangre al hígado o los riñones, y luego es procesada por la glutamilasa (glutaminas) y se hidroliza en ácido glutámico y amoníaco. La glutamina transporta principalmente amoníaco desde el cerebro, los músculos y otros tejidos al hígado o al riñón.

(4) ¿Síntesis de urea?

Según experimentos con animales, la gente ha determinado durante mucho tiempo que el hígado. es el órgano principal para la síntesis de urea y el riñón es el órgano principal para la excreción de urea. En 1932, Krebs y otros utilizaron rodajas de hígado de rata para experimentos in vitro y descubrieron que, en condiciones de suministro de energía, se puede sintetizar a partir de CO2 y amoníaco. Urea Si se añade una pequeña cantidad de arginina, ornitina o citrulina al sistema de reacción, se puede acelerar la síntesis de urea, pero no se reduce el contenido de este aminoácido. Por este motivo, Krebs et al. (ornitina

El ciclo de la ornitina) fue discutido posteriormente en detalle por Ratner y Cohen. El ciclo de la ornitina se puede resumir como:?

Los dos átomos de N en la urea son respectivamente. Lo proporcionan el amoníaco y el ácido aspártico, y el átomo de C proviene del HCO-3, una reacción enzimática de cinco pasos, el segundo paso es en la mitocondria y el tercer paso se lleva a cabo en el citosol. El proceso detallado se puede dividir. en los siguientes cinco pasos:?

Figura 7-7 CPS?Ⅰ Mecanismo de acción

1. ¿Síntesis de carbamil fosfato?

Carbamil fosfato (carbamil

fosfato) es producido por la carbamil fosfato sintasa I (carbamil fosfato

AGA)

sintetasaI, CPS?I) cataliza la síntesis de NH3 y HCO-3 en las mitocondrias de las células hepáticas.

Hay dos tipos de CPS en las células eucariotas: (1) El CPS?-I mitocondrial utiliza NH3 libre. sintetiza carbamoil fosfato y participa en la síntesis de urea (2) ¿El CPS-Ⅱ citoplasmático utiliza glutamina como fuente de N y participa en la síntesis de novo de pirimidinas?

Las reacciones catalizadas por CPS-Ⅰ incluyen. ¿Los siguientes tres pasos (Figura 7-7)?

(1) ¿El ATP activa el HCO-3 para generar ADP y sulfato de carbonilo (fosfato de carbonilo)?

(2) El NH2 reacciona con el sulfato de carbonilo para reemplazar el sulfato, generando carbamato y Pi. ?

(3) El segundo ATP fosforila el ácido carbámico para generar carbamoil fosfato y ADP. ?

Esta reacción es irreversible y consume 2 moléculas de ATP. CPS?1 es una enzima alostérica y AGA es el activador alostérico de esta enzima. Se forma por la condensación de acetil CoA y ácido glutámico. ?

Las reacciones catalizadas por la glutamato deshidrogenasa y la carbamoil fosfato sintasa I en las mitocondrias de los hepatocitos están estrechamente acopladas. La ácido glutámico deshidrogenasa cataliza la desaminación oxidativa del glutamato y los productos generados son NH3 y NADH+H+. El NADH se oxida para generar H2O a través de la cadena respiratoria de oxidación del NADH, y la energía liberada se utiliza para la fosforilación del ADP para generar ATP.

Por lo tanto, la reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa no sólo proporciona el sustrato NH3 para la síntesis de carbamoil fosfato, sino que también proporciona la energía ATP necesaria para la reacción. La carbamoil fosfato sintasa I convierte el amoníaco tóxico en carbamoil fosfato, y el ADP generado en la reacción es un activador alostérico de la glutamato deshidrogenasa, lo que promueve una mayor desaminación oxidativa del glutamato. Este estrecho acoplamiento favorece la fijación rápida del amoníaco en las mitocondrias de las células hepáticas, evitando que el amoníaco escape de las mitocondrias y entre al citoplasma y luego ingrese a la sangre a través de la membrana celular, lo que provoca un aumento del amoníaco en sangre. ?

2. Producción de citrulina: ?

La ornitina transcarbamoilasa existe en las mitocondrias y generalmente se forma con CPS-I. El complejo enzimático cataliza la transformilación del carbamoil fosfato en ornitina para formar citrulina. (Nota: la ornitina y la citrulina no son α-aminoácidos estándar y no aparecen en las proteínas). Esta reacción tiene lugar en las mitocondrias y la ornitina se produce en el citosol, por lo que debe ingresar a las mitocondrias a través de un sistema de penetración específico.

3. Síntesis de Argininosuccinato. ?

La citrulina atraviesa la membrana mitocondrial y entra al citoplasma. En el citoplasma, la argininosuccinato sintasa (argininosuccinato) cataliza la conversión de citrulina en urea. La base se condensa con el grupo amino del ácido aspártico para formar ácido argininosuccínico. , obteniendo el segundo átomo de nitrógeno en la molécula de urea. Esta reacción está impulsada por ATP. ?

4. ¿Generación de arginina?

La argininosuccinato liasa (Argininosuccinasa) cataliza la escisión del argininosuccinato en arginina y ácido fumárico.

El ácido fumárico generado en lo anterior La reacción se puede convertir en oxaloacetato a través del paso intermedio del ciclo del ácido tricarboxílico y luego regenerarse en ácido aspártico mediante transaminación catalizada por aspartato aminotransferasa. Así, el ciclo del ácido tricarboxílico está unido al ciclo de la urea a través del fumarato y el ácido aspártico. ?

5. ¿Generación de urea?

El último paso del ciclo de la urea es la hidrólisis de la arginina catalizada por la arginasa para generar urea y la regeneración de la ornitina. Luego entra el aminoácido. las mitocondrias participen en otro ciclo. ?

La síntesis de urea es un proceso que consume energía. La síntesis de 1 molécula de urea requiere el consumo de 4 enlaces fosfato de alta energía. (Se hidrolizan 3 ATP para producir 2 ADP, 2 Pi, 1 AMP y PPi). A nivel de sustrato del ciclo de la urea, el consumo de energía es mayor que la recuperación. El NADH se genera en la reacción de desaminación catalizada por la deshidrogenasa del ácido L-glutámico y la regeneración del ácido fumárico en ácido aspártico mediante oxalacetato. Después de la reoxidación mitocondrial, se pueden generar 6 ATP (Figura 7-8). ?

Figura 7-8 Metabolismo energético del ciclo de la urea

6. ¿Regulación del ciclo de la urea?

CPS-I es una enzima alostérica en las mitocondrias, que cambia. El activador estructural AGA es catalizado por la N-acetilglutamato sintetasa e hidrolizado por una hidrolasa específica. La velocidad a la que el hígado produce urea está relacionada con la concentración de AGA. Cuando la descomposición de los aminoácidos es vigorosa, la concentración de glutamato aumenta debido a la transaminación, aumentando la síntesis de AGA, activando así el CPS-I, acelerando la síntesis de carbamoil fosfato y promoviendo el ciclo de la urea. La arginina es un activador de la AGA sintasa, por lo que se utiliza clínicamente para tratar la hiperamonemia. ?

(5) ¿Hiperamonemia e intoxicación por amoníaco?

En condiciones fisiológicas normales, el amoníaco en sangre se encuentra en un nivel bajo. El ciclo de la urea es clave para mantener niveles bajos de amoníaco en sangre. Cuando la función hepática está gravemente dañada, el ciclo de la urea se altera y aumenta la concentración de amoníaco en sangre, lo que se denomina hiperamonemia. Se desconoce el mecanismo del envenenamiento por amoníaco. En general, se cree que cuando el amoníaco ingresa al tejido cerebral, puede combinarse con el α-cetoglutarato para formar glutamato, que a su vez se combina con el amoníaco para formar glutamina, reduciendo así el α-cetoglutarato y el glutamato, lo que lleva a tres El ciclo del ácido carboxílico se debilita. lo que resulta en una reducción de la producción de ATP en el tejido cerebral. El ácido glutámico en sí es un neurotransmisor y precursor de otro neurotransmisor, el γ-aminobutirato (GABA). Su reducción también afectará las funciones fisiológicas normales del cerebro y, en casos graves, puede producirse coma. ?

2. ¿Metabolismo de los α-cetoácidos?

Los α-cetoácidos generados por desaminación combinada de aminoácidos o desaminación de otras formas tienen las siguientes vías.

?

1. Generar aminoácidos no esenciales: el α-cetoácido puede generar el aminoácido correspondiente mediante una reacción combinada de amoníaco. Entre los ocho aminoácidos esenciales, excepto la lisina y la treonina, los seis restantes también pueden generarse añadiendo amoníaco al correspondiente α-cetoácido. Sin embargo, los α-cetoácidos correspondientes a los aminoácidos esenciales no se pueden sintetizar en el cuerpo, por lo que los aminoácidos esenciales dependen del suministro de alimentos. ?

2. Oxidación para generar CO2 y agua

Esta es una de las vías importantes del α-cetoácido. Se puede ver en la Figura 7 que el α-cetoácido se convierte primero en piruvato, acetil CoA o un producto intermedio del ciclo del ácido tricarboxílico a través de una determinada vía de reacción, y luego se oxida y descompone completamente a través del ciclo del ácido tricarboxílico. El ciclo del ácido tricarboxílico vincula estrechamente el metabolismo de los aminoácidos con el metabolismo del azúcar y el metabolismo de las grasas.

Figura 7-9 La relación entre aminoácidos, azúcar y grasa

3. Transformarse en azúcar y cuerpos cetónicos, ¿usar aloxano (aloxano) para destruir las células β de los islotes pancreáticos caninos? y establecer un modelo artificial de perros diabéticos. Una vez que se agoten el glucógeno y la grasa del cuerpo del perro, aliméntelo con un determinado aminoácido y compruebe el contenido de azúcar y cuerpos cetónicos en la orina del perro. Si la cantidad de glucosa excretada en la orina aumenta después de la ingesta de un determinado aminoácido, el aminoácido se denomina aminoácido glucogénico (aminoácido glucogénico si aumenta el contenido de cuerpos cetónicos en la orina); Se llama aminoácido cetogénico (aminoácido cetogénico). Aquellos con un aumento de ambos en la orina se denominan aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Como se puede ver en la Tabla 7-1, cualquier aminoácido que pueda generar piruvato o un producto intermedio del ciclo del ácido tricarboxílico es un aminoácido glucógeno; cualquier aminoácido que pueda generar acetil CoA o acetoacetato es un aminoácido cetogénico; el ácido que puede generar acetil CoA o acetoacetato es un aminoácido cetogénico. Los intermedios del ciclo del piruvato o del ácido tricarboxílico que pueden generar simultáneamente acetil CoA o acetoacetato son aminoácidos glucógenos y cetogénicos. ?

Tabla 7-1 La combinación de aminoácidos, azúcares y grasas tiene metabolitos intermedios

Abreviatura de aminoácidos

***Igual que el intermedio metabolitos

p>

Glucógeno o Cetogénico

Tian

Oxaloacetato

Glucógeno

Seda, Gan , C, Hidroxi, prolato, cisteína, cisteína,

Piruvato

Glucógeno

Su

Piruvato, succinil coenzima A

Glucógeno

Color

Ácido pirúvico, acetoacetato

Glucógeno y cetogénico

Gu, grupo, ave, esencia, melón , frutas en conserva

α-cetoglutarato

Glucógeno

Huevo, valeriana

Succinil coenzima A

Glucógeno

Isoluminoso

Succinil-CoA, Acetil-CoA

Glucógeno y Cetogénico

Cloro, fenilpropanol

Ácido acetoacético , ácido fumárico

Glucógeno y cetogénico

Bright

Ácido acetoacético

Cetogénico

Lai

Acetil coenzima A, α-cetoglutarato (?)

Glucogenético y cetogénico

La leucina es un aminoácido cetogénico, la lisina, la isoleucina, el triptófano, la fenilalanina y la tirosina son ambos glucógenos y aminoácidos cetogénicos y los aminoácidos restantes son todos aminoácidos glucógenos. ?

4. ¿Descarboxilación?

Algunos aminoácidos pueden sufrir una descarboxilación (descarboxilación) catalizada por la aminoácido descarboxilasa (descarboxilosa) para generar la amina correspondiente, una coenzima de la descarboxilasa. Es el fosfato de piridoxal. . ?

Cuantitativamente hablando, la descarboxilación no es la principal forma de descomposición de los aminoácidos en el organismo, pero puede generar aminas con importantes funciones fisiológicas. A continuación se enumeran varias aminas importantes producidas por la descarboxilación de aminoácidos. ?

1. ¿Ácido γ?aminobutírico

GABA?

El GABA se genera a partir de la descarboxilación del ácido glutámico y cataliza esta reacción. Esta enzima es muy activa en los tejidos del cerebro y los riñones, por lo que el contenido de GABA en el cerebro es alto.

GABA es un neurotransmisor inhibidor que se encuentra únicamente en el sistema nervioso central y tiene un efecto inhibidor general sobre las neuronas centrales.

En la médula espinal, actúa sobre las terminales nerviosas presinápticas para reducir la liberación de transmisores excitadores, provocando así depresión presináptica, y en el cerebro, provoca depresión postsináptica. ?

El GABA puede reaccionar con el α-cetoglutarato bajo la acción de la GABA transaminasa (GABA-T) para generar semialdehído del ácido succínico (semialdehído del ácido succínico), y luego la oxidación produce ácido succínico. .

Las mitocondrias de los cuerpos celulares de las neuronas y las sinapsis contienen una gran cantidad de GABA transaminasa. Esto forma la vía de derivación de GABA (Figura 7-10). Puede hacer que el α-cetoglutarato genere ácido succínico a través de esta vía de derivación, active el ciclo del ácido tricarboxílico y proporcione aproximadamente el 20% de la energía para el tejido cerebral. El ácido glutámico tiene un efecto excitador y el GABA tiene un efecto inhibidor. Ambos pueden regular simultáneamente las funciones del sistema nervioso. Clínicamente, las pacientes con convulsiones y vómitos durante el embarazo suelen ser tratadas con vitamina B6. El mecanismo consiste en aumentar la actividad de la descarboxilasa del ácido glutámico en el tejido cerebral, aumentar la producción de GABA y mejorar el efecto inhibidor central.

Figura 7-10 Ciclo de TCA y derivación metabólica de GAB en el cerebro

2. ¿Histamina?

Generada por descarboxilación de histidina. La histamina es producida y almacenada principalmente por los mastocitos, y su contenido es elevado en la mama, los pulmones, el hígado, los músculos y la mucosa gástrica. ?

La histamina es un potente vasodilatador y puede aumentar la permeabilidad capilar. Puede provocar descenso de la presión arterial y edema local. La liberación de histamina está estrechamente relacionada con los síntomas de una reacción alérgica. La histamina puede estimular la secreción de pepsina y ácido gástrico, por lo que a menudo se utiliza para investigar la función de la secreción gástrica. ?

3,5 hidroxitriptamina (5?HT)?

El triptófano se convierte primero en el cerebro mediante la triptófano hidroxilasa (triptófano

hidroxilasa) que cataliza la formación de 5- hidroxitriptófano (5?hidroxi?triptófano), que luego se transforma en 5-hidroxitriptófano mediante la acción de la descarboxilasa. ?

La serotonina juega un papel importante en el tejido nervioso. Se ha confirmado que existen neuronas serotoninérgicas en el sistema nervioso central. La 5-HT puede excitar la mayoría de las neuronas preganglionares simpáticas e inhibir las neuronas preganglionares simpáticas. ?

La serotonina también se encuentra en otros tejidos como el intestino delgado, las plaquetas y las células mamarias, y tiene un fuerte efecto vasoconstrictor. ?

4. ¿Taurina?

La taurina en el cuerpo se genera principalmente por la descarboxilación de la cisteína. La cisteína primero se oxida para generar sulfonato alanina y luego el grupo carboxilo es catalizado por la sulfonato alanina descarboxilasa para generar taurina. La taurina es un componente importante de la conjugación de ácidos biliares.

5. ¿Poliamina (paliamina)?

La ornitina puede generar putrescina (putrescina) y la S-adenosilmetionina (S-adenosil

metionina SAM) se descarboxila mediante SAM descarboxilasa para generar S-adenosil-3-metiltiopropilamina. Bajo la catálisis de la espermidina sintetasa (espormidina sintetasa), el grupo propilo de la S-adenosina-3-metiltiopropilamina se mueve a la molécula de putrescina para sintetizar espermidina (cpermidina) y luego espermidina sintetasa (espermidina sintetasa). cataliza el grupo propilamina de otra molécula de S-adenosina-3-metiltiopropilamina a una molécula de espermidina y finalmente sintetiza espermina (espermina). La putrescina, la espermidina y la espermina se denominan colectivamente poliaminas (Figura 7-11).

Figura 7-11 Generación de poliaminas

Las poliaminas existen en el semen y en los ribosomas celulares y son sustancias importantes para regular el crecimiento celular. Las moléculas de poliamina tienen cargas más positivas y pueden combinarse con cargas negativas. El ADN y el ARN, estabilizan su estructura y promueven ciertos aspectos de la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Los niveles de poliamina están elevados en tejidos que crecen vigorosamente, como embriones, hígados en regeneración y tejidos cancerosos. Por tanto, el contenido de poliaminas en sangre u orina se puede utilizar como indicador auxiliar para el diagnóstico de tumores.