Метаболизм аминокислот, образующих 2-оксоглутарат

2-Кетоглутаровую кислоту образуют глутаминовая кислота, глутамин, гистидин, аргинин и пролин. Такие аминокислоты как глутамин, гистидин, аргинин и пролин могут превращаться в глутаминовую кислоту, при окислительном дезаминировании которой кислоты либо с участием кислорода либо с участием НАД⁺, образуется 2-кетоглутаровая кислота.

При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется нейромедиатор ГАМК.

Ниже приведены взаимосвязи между глютаминовой кислотой и глутамином, аргинином и пролином.

Цикл мочевины

Деградация аминокислот происходит преимущественно в печени. При этом непосредственно или косвенно освобождается аммиак. Значительные количества аммиака образуются при распаде пуринов и пиримидинов.

Аммиак является клеточным ядом. При высоких концентрациях он повреждает главным образом нервные клетки. Поэтому аммиак должен быстро инактивироваться и выводиться из организма.

У разных видов позвоночных инактивация и выведение аммиака производятся различными способами. Живущие в воде животные выделяют аммиак непосредственно в воду; например, у рыб он выводится через жабры. Птицы и рептилии, образуют мочевую кислоту, которая в связи с экономией воды выделяется преимущественно в твердом виде с калом. Наземные позвоночные, в том числе и человек, выделяют лишь небольшое количество аммиака, а основная его часть превращается в мочевину и выводится с мочой.

В организме человека инактивация аммиака осуществляется прежде всего за счет образования мочевины -это нейтральное и нетоксичное соединение. Небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны. По этой причине, а также из-за ее хорошей растворимости в воде мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой.

Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени. Один атом азота мочевины берется из свободного аммиака, а второй за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа - из гидрокарбоната. Реакции цикла мочевины протекает исключительно в клетках печени. Они осуществляются в двух компартментах – в митохондриях и в цитоплазме.

Прохождение через мембрану митохондрий промежуточных соединений - аминокислот небелкового происхождения - цитруллина и орнитина осуществляется только с помощью переносчиков (через порины).

1. На первой стадии цикла из гидрокарбоната и аммиака с потреблением 2 молекул АТФ образуется карбамоилфосфат (реакция 1).

2. На следующей стадии карбамоильный остаток переносится на орнитин с образованием цитруллина (реакция 2). Эти две реакции осуществляются в матриксе митохондрий - орнитин поступает в матрикс из цитоплазмы через переносчик порин (каналообразующий белок), образующийся цитруллин выходит в цитоплазму также через порины.

3. Третья реакция цикла осуществляется в цитоплазме с потреблением АТФ. Цитруллин реагирует с аспартатом с образованием аргининосукцината, АМФ и 2 молей фосфата. Эта реакция необратима.

4. Отщепление фумарата от аргининосукцината приводит к аргинину, из которого в результате гидролиза образуется мочевина. Образовавшийся орнитин вновь включается в цикл мочевины.

5. Фумарат, образовавщийся в цикле мочевины, вновь проникает в матрикс митохондрий, где в результате двух реакций цитратного цикла через малат переходит в оксалоацетат.

6. Оксалоацетат в реакции с глутаматом дает аспартат, а глутамат дает 2-оксоглутарат. Аспартат выходит в цитоплазму и таким образом цикл замыкается

Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. Необходимая энергия поставляется за счет расщепления четырех высокоэнергетических связей: двух при синтезе карбамоилфосфата и двух ( при образовании аргининосукцината (АТФ — АМФ + 2Ф). Всего расходуется 3 молекулы АТФ

Скорость синтеза мочевины определяется первой реакцией цикла. Карбамоилфосфатсинтаза активна только в присутствии N-ацетилглутамата. Состояние обмена веществ (уровень аргинина, АТФ) сильно зависит от концентрации этого аллостерического эффектора.