Metabolismul amoniacului 1. Căi de formare a amoniacului în celulă și în organism
2. Mecanisme de eliminare a NH3 - Rolul acidului glutamic în metabolismul aminoacizilor și al NH3
- Metabolismul glutaminei - Ciclul ureei - Metabolismul creatinei și creatininei
1
NH2
dezaminarea aminoacizilor
O
N
N
N H
N
dezaminarea nucleotidelor purinice
Adenina
DEZAMINAREA unor compusi biologic activi
N
HN H2 N
N H
N Guanina
NH2 N
O
dezaminarea nucleotidelor pirimidinice
N H
Citozina (2-oxi-4-amino-pirimidina)
glutaminã
Formarea amoniacului din amide
NH3
asparaginã
0,29 mg% în sângele circulant
din proteine alimentare Produs de bacteriile intestinale din ureea care ajunge în tractul gastro-intestinal
=> NH3 + CO2
2
Mecanisme de eliminare a NH3 1. NH3 se poate elimina prin intermediul unor produşi netoxici, cum este cazul sărurilor de amoniu - peştii → vieţuitoare amoniotelice - păsările → vieţuitoare uricotelice (acid uric) - omul → ureotelice (uree)
2. NH3 se poate fixa pe diferiţi aminoacizi => compuşi netoxici: - acid glutamic => glutamină - acid aspartic => asparagină - arginină
- alanină
3. NH3 se poate depozita sub forma creatinei şi a creatininei
3
(o altă schemă)
Creatina Creatinina 4
ROLUL CENTRAL AL ACIDULUI GLUTAMIC ÎN METABOLISMUL AMINOACIZILOR
Este „colector” (acceptor) universal al grupărilor AMINO
Poate prelua direct și indirect gruparea amino de la majoritatea aminoacizilor
Poate regenera prin dezaminare oxidativă acidul α-ceto-glutaric
care devine apt să accepte gruparea amino AMINOACID TRANSAMINAZE
CETOACID
-CETO-GLUTARIC
NADH2
+
NH3
GLUTAMAT-DEHIDROGENAZA
ACID GLUTAMIC
NAD+ +
H2O
NH3 GLUTAMINA
5
În țesuturi: aminare directă
COOH
COOH
CH2 CH2
+
+
NH3
CH2
(NADH + H+) Glutamat-DH + NADPH + H
FICAT
O
HC NH2
COOH
COOH Acid glutamic
Acid cetoglutaric O
COOH CH2
+
CH2 H2N
NH3
+
ATP
CH
Glutamin- C NH 2 sintetaza CH 2
CH2 H2N
COOH
+
ADP
Pi
CH Glutamina
O C NH 2 CH2 CH2 H2N
+
COOH
Acid glutamic
În FICAT:
+
CH2
(NAD +) NADP+ + H2O
CH COOH Glutamina
COOH
+
H2O
CH2
GLUTAMINAZA
CH2 H2N
CH
+
NH3
Ciclul ureei
COOH Acid glutamic
6
METABOLISMUL GLUTAMINEI TESUTURI NH3
Acid glutamic +ATP Glutamin sintetaza
Singe
Singe
ADP + Pi RINICHI Glutamina + H2O
Acid glutamic
NH3 NH3 urinar
Acest circuit NU are loc și în țesutul muscular!
FICAT
Glutamina
Glutamina
NH3
+
H2O
Acid glutamic
FICAT
UREE
Ciclul ureei
Urina
7
METABOLISMUL GLUTAMINEI -
Glutamina se formează în:
-
ficat mucoasa intestinală rinichi creier
-
nu se formează în muşchi !!
Reacția are loc prin fixarea directă a amoniacului sub acțiunea glutaminsintetazei din mitocondrie și cu aport de ATP
Glutamina reprezintă transportorul esențial de grupări –NH2 de la țesuturile periferice (cu excepția mușchiului) la FICAT;
8
METABOLISMUL GLUTAMINEI -
Glutamina îndeplineşte roluri diverse, în funcţie de țesut:
-
La
ficat
–
glutamina
acționează
ca
„tampon”
pentru
menținerea unor concentrații mici NH3 ; are rol de a menţine o
concentraţie constantă a amoniacului, în perioadele dintre dezaminări şi formarea ureei. Deci are rol de detoxifiant şi de modulator al concentraţiei de amoniac liber. Glutamina
sintetizată în ficat este transportată pe cale venoasă la alte ţesuturi unde va intra în diferite căi metabolice. -
amoniacul rezultat prin hidroliza glutaminei este eliminat ca uree la nivel hepatic, și ca săruri de amoniu la nivel renal; 9
METABOLISMUL GLUTAMINEI -
În mucoasa intestinală – glutamina este folosită ca sursă de energie deoarece membranele celulare sunt mai permeabile pentru glutamină decît pentru acidul glutamic;
-
La nivel renal – glutamina este sursă de amoniac, acesta fiind implicat în reglarea echilibrului acido-bazic; ionii de amoniu pot substitui Na+ și K+, ce se elimină renal ca săruri,
economisind astfel fondul ionic al organismului; -
Amoniacul
produs
în
celulele
tubulare
renale
prin
dezaminarea glutaminei (sau a asparaginei) reprezintă
aproximativ 60% din NH3 eliminat la nivel urinar/zi; -
Deci originea NH3 urinar nu este sangvină, deoarece sângele conține cantități foarte mici de NH4+ (maxim 0,3 mg% fără efecte toxice)
10
Ciclul ureei
11
Ciclul ureei (ciclul Krebs – Henseleit, 1932) = principala cale de eliminare a azotului aminic (NH3) Etapa I – Formarea carbamoil-fosfatului (activarea acidului carbonic) -
enzima este carbamoilfosfat sintetaza
-
activatori: Mg2+, acidul N-acetil glutamic
-
se consumă 2 ATP
-
are loc în mitocondrii – ţesut hepatic
-
se formează din compuşi anorganici
NAcGlu
COOH CH2 CH2 NH
HC
C
CH3
O
COOH
Reglator allosteric, fără de care carbamoilfosfat-sintetaza nu este activă
(NH4+ şi HCO3-) Reacţia globală este:
O
NH4++ HCO3- + 2 ATP
C
O O
P
O - + 2ADP + Pi
H2N O-
Carbamoil fosfat
12
Subetapele sunt: - Activarea acidului carbonic O
a)
C
+ ATP
OH
O
Activatorii Enzima Mg2+
O C O
O-
O - + ADP
P
O-
O-
Fosfocarbonat
-Transferul grupării –NH2 b)
O
NH4+ + Fosfocarbonat
+
C
Pi
O-
H2N
Carbamat
- Activarea carbamatului O
O O
c)
C H2N
+ O-
ATP
C H2N
O
P
O - + ADP
O-
Carbamoil fosfat 13
Etapa II: Formarea citrulinei Enzimele ciclului ureei sunt strâns reglate, activitatea lor crescând când crește aportul de amoniac sau aminoacizi la nivel hepatic (dieta hiperproteică).
• enzima este ornitintranscarbamoilaza (OTC) (transferază)
• are loc în mitocondrie • enzimă reglatoare a procesului
NH2
O
O (CH2)3
O C H2N
O
P O-
Carbamoil fosfat
O-
+ HC
+
NH3
OTC
C H2N
Pi
(CH2)3
COO-
Ornitinã
+
NH
Citrulinã
HC
+
NH3
COO-
Citrulina părăseşte mitocondria iar restul etapelor au loc în citoplasmă 14
În CITOSOL
Etapa III: Formarea acidului arginin succinic • reacție de condensare • consum de ATP • enzima: arginin succinat sintetaza O
COOH COOH
C H2N
+
NH (CH2)3 HC
NH2
H2N
arginin succinat sintetaza
CH
Acid L-aspartic
CH
C CH2
NH
COOH AMP + Pi AMP + PPi
(CH2)3 H2O
COOH Citrulinã
H2N
+ ATP
CH2 COOH
N
HC
NH2
COOH Acid arginin succinic
15
Etapa IV: Formarea argininei
Ciclul KREBS
• enzima este arginin succinat liaza
• are loc în CITOSOL
COOH
COOH
CH N H2N
CH
C CH2
NH
arginin succinat liaza
HC COOH
Acid fumaric
COOH (CH2)3 HC
NH2
COOH Acid arginin succinic
H2N
C
NH
NH (CH2)3 HC
NH2
COOH Argininã
16
Reintră în ciclul ureei Etapa V: Formarea ureei • enzima este arginaza
Matrix mitocondrial
• are loc în CITOSOL NH2 H2N
C
(CH2)3
NH
HC
NH
arginaza
COOH
(CH2)3 HC
NH2 Ornitinã
+ H2O
NH2
NH2
COOH
O
C NH2
Argininã
O
C
NH2
NH3
NH2
Acid aspartic
Uree
În ser: 20 – 40 mg% În urină: 20-30 g/ 24 ore
Uree 17
Importanţa procesului de ureogeneză COMENTARII - Procesul de ureogeneză este o etapă de degradare a proteinelor, ureea fiind considerată produs de catabolism proteic; - Ureogeneza poate fi considerată şi proces anabolic, deoarece în urma acestui proces rezultă anumite biomolecule–arginina, ureea, acidul fumaric
- Este un proces puternic endergonic (consumator de energie), spre deosebire de celelalte procese catabolice (ale glucidelor şi lipidelor) care sunt generatoare de energie – curele de slăbire sunt bazate pe
diete proteice; - În realitate este un proces amfibolic; - Este un proces ciclic (ornitina reintră în ciclu);
Reacția globală: H2N
2 NH4+ + HCO3- + 3 ATP + H2O
C H2N
O + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi 18
Importanţa procesului de ureogeneză COMENTARII -Este legat de ciclul Krebs prin intermediul acidului fumaric;
-Dacă transformarea NH3 → uree, nu este suficient de rapidă, acesta va bloca transformarea acidul α-cetoglutaric din ciclul Krebs => blocarea proceselor
oxidative
(respiraţia
tisulară)
=>
oxigenare
cerebrală
insuficientă → se explică toxicitatea amoniacului (encefalopatie hepatică); - În sânge: 20 – 40 mg/dL uree, iar prin urină se elimină 20 – 30 g uree/24h; -Cantitatea de uree formată depinde de activitatea enzimelor: carbamoilsintetaza, ornitintranscarbamoilaza (OTC), arginaza. • INSUFICIENȚA HEPATICĂ = incapacitatea ficatului de a produce ureea =>
NH3 se acumulează în sânge; • INSUFICIENȚA RENALĂ = incapacitatea rinichiului de a excreta ureea. 19
METABOLISMUL CREATINEI ȘI CREATININEI
20
Ciclul ureei Etapa I: TRANSAMIDINARE • enzima este arginin glicin transamidinaza • are loc în RINICHI COOH HC COOH H2C
COOH
HC
+
NH2
arginin glicin transamidinaza
NH2
(CH2)3 NH
Ornitina
(CH2)3
NH2
NH
Glicocol
C HN
NH2
Argininã
H2C
COOH
HN
NH2 C HN
Acid guanidil acetic
21
Etapa II: METILARE • enzima este o metiltransferază dependentă de SAM și FH4 • are loc în FICAT H2C
COOH
metil transferaza +
NH2
HN C NH
Acid guanidil acetic
„CH3” (SAM + FH4)
H3C
H2C
COOH
N
NH2 C NH
Acid N-metil guanidil acetic CREATINÃ
sânge
MUȘCHI 22
Etapa III: FOSFORILARE • enzima este creatin fosfokinaza (CPK) • are loc în MUȘCHI ADP + Pi
H3C
H2C
COOH
N
NH2
H2C
ATP Creatin fosfokinazã (CPK)
C
H3C
NH
N
O
~P
C
NH
OH
OH
NH
Acid N-metil guanidil acetic CREATINÃ
FOSFOCREATINĂ
COOH
+
FOSFOCREATINÃ (rezervor de fosfat macroergic)
ADP
CREATINĂ
+
ATP
• Activitatea CPK seric crește în infarctul de miocard • Izoenzimele CPK (ex: CPK-MB) au rol diagnostic • Reacția este reversibilă !! • CPK mitocondrială e implicată în formarea fosfocreatinei din ATP mitocondrial • CPK citosolică regenerează ATP din ADP, utilizând fosfocreatina
23
Etapa IV: Formarea creatininei •
are loc în MUȘCHI
O H2C
H2C
COOH deshidratare intramolecularã
H3C
H3C
NH2
N
CREATINÃ
NH
N C
C NH
C
H2O
NH CREATININÃ
(anhidridă)
PLASMA sangvină: Creatină: 0,2 – 0,4 mg% Creatinină: 0,6 – 1,5 mg%
URINĂ: Creatină: 0,06 – 0,12 g% Creatinină: 1 – 2 g% 24
Creatina, fosfocreatina și creatinina - COMENTARII • Sistemul creatină – fosfocreatină joacă un rol esențial în metabolismul energetic normal al țesutului muscular, funcționând ca un sistem reglator pentru concentrația de ATP CPK
ATP
+
creatină
fosfocreatină
+
ADP + Pi
• Fosfocreatina este singurul compus cu legături macroergice pe care organismul îl depozitează numai în țesutul muscular •
Fosfocreatina constituie în mușchi o sursă indirectă de energie
necesară pentru contracția musculară; reprezintă forma de depozitare a energiei, pe seama căreia se reface ATP consumat în cursul efortului muscular
25
Creatina, fosfocreatina și creatinina - COMENTARII • În cursul efortului fizic creatinfosfatul regenerează ATP printr-o
reacție catalizată de creatinfosfokinază (CPK = regenerator de ATP „in situ”) •
Regenerarea ATP pe seama CPK este mai rapidă decât formarea
sa în lanțul respirator sau din degradarea glucozei •
70% din rezervele energetice disponibile în cursul efortului
muscular sunt reprezentate de creatinfosfat •
Creatina este convertită neenzimatic în creatinină; creatinina nu
mai poate fi reconvertită la creatinină, fiind excreatată la nivel renal
•
În condiții fiziologice, creatinina se elimină în mod constant prin
urină (aproximativ 2 g/zi) 26
Creatina, fosfocreatina și creatinina - COMENTARII • Fiind produsă aproape exclusiv în mușchi, cantitatea de
creatinină formată este proporțională cu masa musculară • Creatinina este constantă în urină, fiind un parametru la care ne raportăm și pentru alte substanțe eliminate prin urină
• „Clearence”-ul renal reprezintă eficiența cu care rinichiul epurează plasma •
Determinarea „clearence”-ului de creatinină reprezintă o
metodă simplă de evaluare a funcției renale și musculare = măsura în care creatininemia este corelată cu debitul de filtrare
glomerulară •
Adaptarea posologiei la bolnavii cu insuficiență renală se
realizează în funcție de clearence-ul de creatinină.
27
