Которая синтезируется в реакциях орнитинового цикла , впервые изученного в 1932 г. в клетках животных Кребсом Н.А. и Хензелайтом К. Много мочевины накапливается в клетках растений, имеющих на корнях микоризу. Высокое содержание мочевины найдено в шампиньонах и дождевиках (до 10-13 % сухой массы).
В опытах было отмечено, что концентрация мочевины в клетках растений увеличивается при диссимиляции азотистых веществ, когда активируются процессы дезаминирования аминокислот и азотистых оснований, а также при выращивании растений на растворах аммонийных солей. Мочевина не токсична для клеток растений, так как является нормальным продуктом обмена веществ, который легко включается в биосинтетические реакции.
Первый этап в синтезе мочевины – образование макроэргического соединения карбамоилфосфата из гидрокарбоната и глутамина, являющегося источником аминной группировки, под действием фермента карбамоилфосфатсинтазы (2.7.2.5). Реакция сопряжена с гидролизом двух молекул АТФ и активируется катионами Mg 2+ :
O О СООН
HCO 3 ¯ + C–NH 2 + 2АТФ ¾¾® С–О (Р) + 2АДФ + Н 3 РО 4 + CH 2
CH 2 Н 2 N CH 2
| карбамоил- |
CH 2 фосфат CHNH 2
| глутаминовая
СООН глутамин кислота
На следующем этапе с участием фермента орнитин-транскарбамоилазы (2.1.3.3) карбамоилфосфат вступает во взаимодействие с орнитином. Продукты этой реакции – цитруллин и неорганический фосфат:
CH 2 NH 2 О CH 2 NH
CH 2 С–NH 2 CH 2 C= O
| + | ¾® | | + H 3 PO 4
CH 2 O (P) CH 2 NH 2
| карбамоил- |
CHNH 2 фосфат CHNH 2
орнитин цитруллин
Таким образом, уреидогруппа цитруллина образуется из карбонильной группы бикарбоната и амидной группы глутамина, которая синтезируется в результате связывания избыточного аммиака.
Далее цитруллин реагирует с аспарагиновой кислотой под действием фермента аргининосукцинатсинтетазы (6.3.4.5). В активировании уреидогруппы цитруллина принимают участие АТФ и катионы Mg 2+ . В ходе этой реакции синтезируется аргининоянтарная кислота.
CH 2 NH CH 2 NH COOH CH 2 NH COOH
CH 2 С=О COOH CH 2 C=N–CH CH 2 C=NH CH
| | | Mg 2+ | | | | | ||
CH 2 NH 2 + CHNH 2 + АТФ ¾® CH 2 NH 2 CH ¾® CH 2 NH 2 + CH
| | ↓ | | | | |
CHNH 2 CH 2 АМФ CHNH 2 COOH CHNH 2 COOH
| | Н 4 Р 2 О 7 | | фумаровая
COOH COOH COOH COOH кислота
цитруллин аспарагиновая аргининоянтарная аргинин
кислота кислота
Затем аргининоянтарная кислота с участием фермента аргининосук-цинатлиазы (4.3.2.1) расщепляется на два продукта – аргинин и фумаровую кислоту. Последняя, присоединяя молекулу аммиака под действием аспартатаммиаклиазы , превращается снова в аспарагиновую кислоту, способную взаимодействовать с новой молекулой цитруллина. А аргинин в орнитиновом цикле путём гидролитического расщепления превращается в орнитин и мочевину. Эту реакцию катализирует фермент аргиназа (3.5.3.1):
СН 2 NH CH 2 NH 2
CH 2 C+NH CH 2
| | + H 2 O ¾® | + CO(NH 2) 2
CH 2 NH 2 CH 2 мочевина
| |
аргинин орнитин
Высвобождающийся при гидролизе аргинина орнитин снова включается в первую реакцию орнитинового цикла и синтез мочевины может продолжаться. Схематически связывание аммиака в реакциях орнитинового цикла можно представить в виде следующих превращений:
СH 2 NH 2 CH 2 NH CH 2 NH СH 2 NH 2
| | \ | \ | Н 2 N
CH 2 +NH 3 + CO 2 CH 2 C=O +NH 3 CH 2 C=NH +H 2 O CH 2 \
| ¾¾¾® | | ¾¾® | | ¾¾® | + C=O
CH 2 - H 2 O CH 2 NH 2 - H 2 O CH 2 NH 2 CH 2 /
CHNH 2 CHNH 2 CHNH 2 CHNH 2 мочевина
COOH COOH СООН COOH
Орнитин цитруллин аргинин орнитин
У некоторых растений связывание избыточного аммиака не доходит до образования мочевины, у них наблюдается накопление промежуточных продуктов орнитинового цикла – цитруллина или аргинина. В прорастающих семенах хвойных растений и клубнях топинамбура содержится много аргинина, а в корневых клубеньках ольхи, пасоке берёзы и орешника – цитруллина. У этих растений аргинин и цитруллин по-видимому являются основными продуктами связывания избыточного аммиака и они играют важную роль в обмене азотистых веществ.
10.4. Усвоение растениями азота мочевины
при некорневых подкормках.
Конечный продукт связывания аммиака в реакциях орнитинового цикла – мочевина – очень легко включается в обмен азотистых веществ растений с участием соответствующих ферментных систем. В листьях и других органах многих растений находится в активном состоянии или может активироваться мочевиной фермент уреаза , катализирующий гидролитическое разложение мочевины на диоксид углерода и аммиак:
Н 2 N
C=O + H 2 O ¾® 2NH 3 + CO 2
мочевина
Затем аммиак включается в синтез аминокислот и амидов, которые далее могут участвовать в образовании молекул других азотистых веществ. Фермент уреаза найден у многих растений – огурцов, бобов, кукурузы, картофеля, томатов, сельдерея.
Однако у ряда растений уреаза отсутствует, однако они способны ассимилировать мочевину, наносимую на поверхность листьев или вводимую в ткани растений экзогенно, с помощью других ферментных систем. Из клеток дрожжей и хлореллы выделен фермент АТФ-гидролизующая уреаза (3.5.1.45), способный в присутствии АТФ и катионов Mg 2+ разлагать мочевину на аммиак и диоксид углерода:
Н 2 N-С-NH 2 + АТФ + 2Н 2 О ¾¾® 2NH 3 + CO 2 + AДФ + H 3 PO 4
Вместе с тем при изучении ассимиляции мочевины листьями злаковых растений, клетками водоросли хлореллы и проростками бобовых , не имеющих уреазы, было отмечено накопление в них значительного количества аргинина и аргининоянтарной кислоты. При этом расщепление мочевины на аммиак и диоксид углерода не происходило. На основе этих данных была сформулирована гипотеза об обращении реакций орнитинового цикла при высокой концентрации в клетках растений мочевины, поступающей извне в виде некорневой подкормки, инъекций или при выращивании на среде, содержащей мочевину. Синтез аргинина и аргининоянтарной кислоты в соответствии с этой гипотезой может осуществляться по следующей схеме:
CH 2 NH 2 CH 2 NH фумаровая CH 2 NH COOH
| H 2 N | \ кислота | \ |
CH 2 \ CH 2 C= NН CH 2 C= N–CH
| + C=O ¾¾® | | ¾¾® | | |
CH 2 / ↓ CH 2 NH 2 CH 2 NH 2 CH 2
| H 2 N H 2 O | | |
CHNH 2 мочевина CHNH 2 CHNH 2 COOH
орнитин аргинин аргининоянтарная
Кислота
В результате расщепления аргининоянтарной кислоты могут далее образоваться цитруллин и аспарагиновая кислота. При этом цитруллин, превращаясь в орнитин, инициирует продолжение обращения реакций орнитинового цикла, направленное на связывание мочевины и образование аргинина, а аспарагиновая кислота является основным продуктом этих реакций, который далее включается в синтез аминокислот, белков и других азотистых веществ.
На усвоение мочевины в результате обращения реакций орнитинового цикла затрачивается метаболическая энергия, которая генерируется через усиление дыхания, наблюдаемое при таких процессах.
Понимание механизмов усвоения растениями мочевины имеет важное значение в связи с широким её использованием в качестве азотного удобрения, которое применяется как для корневого питания растений, так и в виде некорневых подкормок.
Некорневые подкормки чаще всего проводятся на пшенице и кукурузе путём опрыскивания растений раствором мочевины с помощью самолётов или при наличии технологической колеи наземными агрегатами в фазах формирования – начала молочной спелости зерна. Нанесённая на листья мочевина быстро проникает в их ткани и включается в аминокислоты и белки, увеличивая таким образом накопление в зерне запасных белков на 1-3 %.
В наших опытах с использованием мочевины, меченной 15 N, показано, что азот некорневой подкормки, проведенной в фазу начала формирования зерна пшеницы, в зрелых зерновках обычно составляет около 10 % от общего белкового азота зерна. Из этого следует, что в результате поздней некорневой подкормки в зерновках пшеницы дополнительно может синтезироваться до 10 % от общей массы белков, накапливающихся в зерне. Кроме того, мочевина при поздней некорневой подкормке оказывает физиологически активное действие на растения, усиливая отток азотистых веществ из листьев в созревающие зерновки. Под действием подкормки мочевиной в зерне пшеницы существенно снижается активность a-амилаз и других гидролитических ферментов, вследствие чего улучшаются технологические свойства зерна. Благодаря применению некорневых подкормок мочевиной в поздние фазы развития растений можно значительно увеличить выход зерна пшеницы с высоким содержанием клейковины.
10.5. Восстановление нитратного азота в растениях.
В большинстве почв, особенно окультуренных, довольно активно происходит процесс нитрификации, в ходе которого аммонийная форма азота, образующаяся в почве при распаде органических остатков, а также внесённая в виде удобрений, превращается в нитраты. Поэтому большая часть азота, поступающая в растения при корневом питании представлена нитратами, которые очень легко усваиваются растениями, включаясь в синтез аминокислот. В связи с тем, что в составе аминокислот азот находится в аминной форме, нитратный азот в растениях , прежде чем включиться в состав аминокислот, подвергается восстановлению в аммонийную форму с помощью специальных ферментных систем.
Восстановление нитратного азота в аммонийный в клетках растений, водорослей, грибов и бактерий осуществляется в два этапа. На первом этапе под действием фермента нитратредуктазы происходит превращение нитратов в нитриты, а затем нитриты с участием фермента нитритредуктазы восстанавливаются с образованием аммонийной формы азота, которая используется для синтеза аминокислот и амидов. Схематически эти процессы можно представить следующим образом:
5 2ē +3 6ē –3
NO 3 ‾ ¾® NO 2 ‾ ¾® NH 4 +
Нитратредуктазы высших растений, зелёных водорослей и грибов (1.6.6.1; 1.6.6.2; 1.6.6.3) представляют собой металлофлавопротеиды с молекулярными массами 200-330 тыс., включающие два типа субъединиц: имеющие флавиновые группировки (ФАД, ФМН) и содержащие молибденовый кофермент. Донором электронов для восстановления нитратного азота у растений служит НАД×Н, у грибов - НАДФ×Н. От восстановленных пиридиндинуклеотидов электроны и протоны переходят на флавиновую группировку нитратредуктазы. Затем электроны передаются на цитохром в
557
, служащий в составе фермента промежуточным переносчиком электронов от флавинового на молибденовый кофермент, а протоны высвобождаются и могут взаимодействовать с анионами кислорода, которые образуются при восстановлении нитратного азота.
Молибденовый кофермент содержит катионы молибдена, лабильно связанного с ароматической группировкой, которая нековалентно присоединяется к белковой части фермента. Катионы молибдена, обратимо изменяя степень окисления, способны акцептировать электроны от цитохрома в 557 и передавать их на азот нитрата, который связывается с активным центром фермента. В результате восстановления азота нитрат превращается в нитрит, а высвобождающийся анион кислорода О 2- соединяется с протонами, образуя молекулу воды. Механизм восстановления нитратов до нитритов под действием нитратредуктазы может быть представлен в виде следующей схемы:
Суммарно процесс восстановления нитратов в растениях под действием фермента нитратредуктазы может быть выражен следующим уравнением:
NO 3 ‾ + НАД×Н + Н + ¾® NO 2 ‾ + НАД + + Н 2 О
У бактерий нитратредуктазы представлены относительно низкомолекулярными белками (70-180 тыс.), не содержащими флавиновых группировок. Донором электронов у них служит восстановленный ферредоксин или его аналоги. Нитратредуктазы бактерий тесно связаны с клеточными мембранами, тогда как у высших растений, зелёных водорослей и грибов эти ферменты локализованы в цитоплазме.
У растений наиболее высокая нитратредуктазная активность обнаруживается в меристематических тканях. У большинства растений при активном фотосинтезе и достаточном количестве углеводов, являющихся источниками образования НАД×Н, процесс восстановления нитратов практически полностью происходит в корнях. Однако при недостатке света и низких температурах, ослабляющих синтез углеводов, а также избыточном азотном питании значительная часть нитратов поступает в вегетативную часть растений и подвергается восстановлению в листьях. Вместе с тем известны растения, у которых практически не обнаруживается нитратредуктазной активности в корнях. У них превращение нитратного азота в аммонийный осуществляется в основном в листьях. К таким растениям относятся свёкла, хлопчатник, марь, дурнишник и др.
Нитратредуктаза – типичный индуцибельный фермент. Его активность резко возрастает при поступлении в растения нитратов вследствие того, что происходит индукция синтеза фермента. Когда же концентрация нитратов в клетках растений уменьшается, синтез ферментного белка прекращается и нитратредуктазная активность снова понижается до исходного уровня. Кроме нитратов, индукторами синтеза нитратредуктазы могут быть цитокинин и органические нитросоединения, то есть возможна индукция синтеза этого фермента под воздействием химических регуляторов. В то же время катионы аммония подавляют в растениях синтез нитратредуктазы. В опытах показано, что индукция синтеза нитратредуктазы в присутствии нитратов происходит на свету, а в темноте усиливается деградация этого фермента.
Активность фермента нитратредуктазы в значительной степени определяется присутствием в физиологической среде окислителей и восстановителей. В восстановительных условиях большая часть активного фермента, находящегося в окисленной форме, переводится в неактивное (восстановленное) состояние, в результате нитратредуктазная активность в тканях растений понижается. Такое явление, например, наблюдается при переносе растений в темноту. Однако при освещении растений очень быстро осуществляется фотореактивация фермента, то есть перевод его из восстановленной в окисленную форму , вследствие чего процесс восстановления нитратов снова активируется.
Восстановление нитритов в аммонийную форму азота катализируют ферменты нитритредуктазы (1.6.6.4.; 1.7.99.3). У растений и фотосинтезирующих водорослей эти ферменты представляют собой сравнительно низкомолекулярные белки (60-70 тыс.), которые содержат в качестве активных группировок железо-серный центр (4Fe4S) и сирогем (железотетрагидропорфирин). Донором электронов служит восстанов-ленный ферредоксин, поэтому нитритредуктазы у указанных организмов локализованы в хлоропластах.
Ферредоксин передаёт электроны на железо-серный центр нитритредуктазы, который далее восстанавливает сирогем, способный передавать электроны на атомы азота нитритов, в результате происходит присоединение к ним протонов и образование аммонийной формы азота. А высвобождающиеся анионы кислорода О 2- , реагируя с катионами Н + , дают молекулы воды. Перенос электронов от восстановленного ферредоксина на нитриты с участием нитритредуктаз можно показать в виде следующей схемы:
Fd восст. ¾® 4Fe4S ¾® сирогем ¾® NO 2 ‾
нитритредуктаза
Суммарное уравнение процесса восстановления нитритов под действием нитритредуктазы можно записать в следующем виде:
NO 2 ‾ + 6Fd восст. + 8Н + ¾® NH 4 + + 6 Fd окисл. + 2Н 2 О
Каталитическая активность нитритредуктаз в 5-20 раз превышает активность нитратредуктазы, поэтому нитриты, как правило, не накапливаются в растениях. В корнях нитритредуктазная активность локализована в пропластидах и донорами электронов для восстановления нитритов здесь служат восстановленные динуклеотиды НАДФ×Н.
Нитритредуктазы, как и нитратредуктазы, – индуцибельные ферменты. Индукцию их синтеза вызывают нитраты, а репрессию синтеза – катионы аммония.
В отличие от нитритредуктаз фотосинтезирующих организмов аналогичные ферменты бактерий и грибов представляют собой более высокомолекулярные формы, содержащие флавиновые коферменты. Донорами электронов для них служат восстановленные динуклеотиды НАД×Н и НАДФ×Н.
Существующие разновидности растений очень сильно различаются по способности восстанавливать нитраты, которая зависит главным образом от уровня нитратредуктазной активности, тогда как нитритредуктазы – каталитически более активные ферменты. Общий уровень нитратредуктазной активности определяется, с одной стороны, интенсивностью синтеза ферментного белка, а с другой стороны, – каталитической способностью фермента.
Для усиления синтеза нитратредуктазы в растительных тканях проводятся молекулярно-генетические исследования, связанные с воздействием на регуляторные гены, оказывающие влияние на скорость синтеза ферментного белка. Одновременно с этим ведётся поиск химических регуляторов, усиливающих действие генетической системы синтеза фермента нитратредуктазы. В целях повышения каталитической активности нитратредуктазы в растительных тканях разрабатываются на молекулярном уровне способы введения в геном растений генов из клеток бактерий, кодирующих более активные молекулярные формы нитратредуктазы. Кроме того, в результате применения методов белковой инженерии предпринимаются попытки оптимизации структуры фермента путём замены отдельных нуклеотидов в структурных генах нитратредуктазы, что предопределяет синтез видоизменённого белка с повышенной каталитической активностью.
Цель таких работ – повысить эффективность использования нитратного азота для синтеза азотистых веществ и таким образом увеличить продуктивность растений. Вторая важная задача – понизить накопление нитратов, так как они потенциально опасны для человека и животных. Нитраты очень легко восстанавливаются в нитриты неферментативным путём, а последние взаимодействуют с гемоглобином, переводя его в окисленную форму – метгемоглобин, не способный осуществлять функцию транспорта кислорода, в результате чего ухудшается обеспеченность организма кислородом. Кроме того, нитриты являются химическими предшественниками нитрозоаминов, обладающих мутагенным и канцерогенным действием.
Известны группы растений, имеющие природно невысокий уровень нитратредуктазной активности, вследствие чего они накапливают высокие концентрации нитратов. К таким видам относятся растения семейства тыквенные, шпинат, редька и др. Однако у большинства растений повышение содержания нитратов наблюдается при определённых неблагоприятных условиях выращивания, связанных с недостатком световой энергии, низкой температурой, недостатком фосфора, калия, ряда микроэлементов, избыточными дозами азотных удобрений. Поэтому для каждой группы растительных продуктов установлена предельно допустимая концентрация нитратов.
При недостатке света ослабляются процессы фотосинтеза и дыхания, в результате чего понижается скорость образования восстановленных динуклеотидов и восстановленного ферредоксина, являющихся донорами электронов для восстановления нитратов, поэтому значительная часть нитратов остаётся невосстановленной и не используется для синтеза азотистых веществ растений. Аналогичное явление наблюдается в условиях пониженных температур, когда замедляются биосинтетические процессы , связанные с регенерацией доноров электронов для нитратвосстанавливающей системы, тогда как поступление нитратов в растения продолжается, вследствие чего их концентрация в растительных тканях увеличивается.
Заметное влияние на функционирование нитратвосстанавливающей системы растений оказывает обеспеченность их микроэлементами – молибденом, железом, магнием, марганцем, медью, которые служат активаторами нитратредуктазы, нитритредуктазы и других ферментов азотного обмена. Особенно важна роль молибдена, входящего в состав молибденового кофермента нитратредуктазы. При недостатке молибдена и других микроэлементов замедляется процесс восстановления нитратов и происходит их накопление в растительных продуктах. Ещё большее накопление нитратов в растениях наблюдается при внесении избыточных доз азотных удобрений, а также при низкой обеспеченности растений фосфором и калием, когда формируется низкий урожай, и в этих условиях даже умеренные дозы азотных удобрений могут оказаться избыточными.
Таким образом, для предотвращения накопления в растениях большого количества нитратов необходимо правильно разрабатывать технологию выращивания растений, обеспечивая оптимальное питание растений макро- и микроэлементами. Особенно важно контролировать уровень азотного питания при выращивании овощных и кормовых культур.
10.6. Биохимические процессы симбиотической азотфиксации.
Известны группы растений, способные за счёт симбиоза с клетками микроорганизмов использовать для синтеза своих азотистых веществ молекулярный азот, который содержится в большом количестве в земной атмосфере. Этот процесс в биологии называют симбиотической азотфиксацией. У данных растений в специальных структурных образованиях на корнях или в листьях осуществляют жизнедеятельность микроорганизмы- симбионты: клубеньковые бактерии, актиномицеты, цианобактерии (синезелёные водоросли).
Большинство растений, способных к симбиотической азотфиксации, образуют на корнях или листьях утолщённые выросты, называемые клубеньками, в которых находятся видоизменённые клетки микроорганизмов- симбионтов. Симбиотические микроорганизмы, находящиеся в клубеньках, питаются растительными метаболитами, которые образуются из поступающих в клубеньки фотоассимилятов, а продукты их жизнедеятельности, синтезируемые за счёт связывания молекулярного азота атмосферы, используются растениями для новообразования своих азотистых веществ.
На корнях многих древесных и кустарниковых растений (ольха, облепиха, восковница и др.) вырастают клубеньки, образуемые актиномицетами. Экспериментально определено, что древесные насаждения ольхи за счёт симбиотической азотфиксации способны связывать в течение одной вегетации до 100 кг/га атмосферного азота. На корнях некоторых австралийских цикадовых растений в качестве симбионтов развиваются цианобактерии, фиксирующие молекулярный азот. У некоторых растений семейств Rubiaceae и Haloragaceae цианобактерии образуют клубеньки на листьях. На рисовых полях в южных странах разводят водяной папоротник Azolla, в листьях которого осуществляют жизнедеятельность симбиотические азотфиксирующие цианобактерии. За счёт его культивирования рисовые поля обогащаются азотом.
У бобовых растений в клубеньках живут бактерии рода Rhizobium. С их участием бобовые культуры могут фиксировать в год от 50 до 600 кг/га молекулярного азота, практически полностью обеспечивая свои потребности в азотном питании. Кроме того, в результате минерализации пожнивных остатков этих культур происходит существенное обогащение почвы доступным для усвоения последующими культурами азотом. Особенно много азота могут накапливать за счёт симбиотической азотфиксации люцерна (300-500кг/га), клевер (200-300 кг/га), люпин (100-200) кг/га).
Восстановление молекулярного азота в аммиачный катализирует ферментный комплекс нитрогеназы (1.18.2.1), состоящий из двух белков. Один из них, высокомолекулярный, осуществляет непосредственно восстановление молекул азота. Он представляет собой тетрамер, состоящий из двух типов субъединиц, входящих поровну в состав тетрамерного белка (a 2 b 2). В каждой молекуле тетрамера содержится два атома Mo, с каждым из которых взаимодействуют три 4Fe4S-кластера, образуя каталитический центр. С ним связываются молекулы азота и подвергаются восстановлению. Белковый компонент нитрогеназы, катализирующий восстановление молекулярного азота, называют Mo,Fe-белком.
В составе нитрогеназы содержится также низкомолекулярный белок, состоящий из двух одинаковых полипептидных субъединиц. Он включает в качестве активной группировки 4Fe4S-кластер и выполняет функцию восстановления Mo,Fe-белка посредством переноса электронов от восстановленного ферредоксина. В связи с тем, что низкомолекулярный компонент нитрогеназы содержит железо-серную группировку, его называют Fe,S-белком. Следует отметить, что перенос электронов от Fe,S-белка на Mo,Fe-белок сопряжён с гидролизом АТФ. С помощью молекулярных расчётов определено, что на перенос каждой пары электронов в ферментном комплексе нитрогеназы затрачивается 4-5 молекул АТФ.
Молекулярная масса Fe,S-белка клубеньков бобовых растений составляет 65 тыс., Mo,Fe-белка – порядка 200 тыс. По-видимому восстановление азота происходит в три стадии. Вначале молекула азота, акцептируя два электрона и два протона, превращается в диимид. Затем к атомам азота диимида в составе ферментного комплекса ещё присоединяются два электрона и два протона с образованием гидразина. На конечной стадии в результате присоединения двух электронов и двух протонов гидразин восстанавливается в аммиачную форму азота , которая высвобождается из ферментного комплекса и далее используется для синтеза аминокислот.
Ключевую роль в восстановлении молекул азота в активном центре нитрогеназы выполняют атомы молибдена. Последовательность восстановительных реакций в активном центре нитрогеназы может быть представлена в виде следующей схемы:
Mo®NºN¬Mo 2ē,2H⁺ 2ē,2H⁺ 2ē,2H⁺
¾® HN + = N + H ¾® H 2 N + – N + H 2 ¾® Mo Mo + 2NH 3
R R
молекула азота последовательные стадии восстановления
в активном центре молекулярного азота
нитрогеназы
Нитрогеназа, катализирующая симбиотическую азотфиксацию, локализо-вана в клетках клубеньков на корнях или листьях растения-хозяина.
Наиболее хорошо изучен процесс азотфиксации в клубеньках бобовых растений. Бактерии рода Rhizobium проникают в ткани коры корней бобового растения и инициируют в них интенсивное деление клеток, что приводит к образованию на корнях утолщений в виде клубеньков. Возникновение клубеньков – результат довольно сложного взаимодействия растения с клубеньковыми бактериями на генетическом и молекулярном уровнях.
Инициаторами такого взаимодействия являются бобовые растения, которые выделяют в ризосферу корней вещества фенольной природы – специфические флавоноиды. Под действием флавоноидов в клетках бактерий инициируется синтез так называемых Nod-факторов, представляющих собою олигосахариды из 3-6 остатков N-ацетилглюкозамина, соединённые через атом азота с радикалом ненасыщенной жирной кислоты (специфичной для каждого вида растений). В свою очередь бактериальные Nod-факторы оказывают воздействие на клетки корневых волосков бобового растения, вызывая деформацию клеточной стенки и плазмалеммы.
В результате взаимодействия мембранных структур растительной и бактериальной клеток формируется особая структура – инфекционная нить, которая проникает в кортикальные клетки коры корня и инициирует там образование мембран, отделяющих бактериальные клетки от цитоплазмы клеток растения, формирующих ткани клубеньков.
Бактериальные клетки в клубеньках увеличиваются в размерах и превращаются в особые структуры, предназначенные для азотфиксации – бактероиды . В бактероидах синтезируются ферментные системы нитрогеназы, электронтранспортной цепи синтеза АТФ, ферменты, катализирующие реакции цикла Кребса, а также осуществляющие транспорт в бактероид растительных метаболитов и выводящие из бактероида в растительную клетку продукты восстановления молекулярного азота. Общая схема функционирования ферментных систем бактероида в клубеньках бобовых растений показана на рисунке.
В бактероидах основной источник электронов и энергии для восстановления молекулярного азота – реакции цикла Кребса, субстратами для которых служат главным образом дикарбоновые кислоты (янтарная и яблочная), поступающие в бактероид из цитоплазмы растительной клетки. Указанные субстраты, питающие бактероид, образуются в клетках клубеньков из фотоассимилятов растения по известным нам механизмам в соответствии со следующей схемой:
Далее фосфоенолпировиноградная кислота под действием фосфо -енолпируваткарбоксилазы превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая с участием малатдегидрогеназы восстанавливается затем в яблочную кислоту:
CH 2 CH 2 -СООН СН 2 -СООН
CO(P) + CO 2 + H 2 O ¾® CO-COOH ¾¾¾® CHOH-COOH
| ↓ щавелевоук- НАД×Н + Н + яблочная кислота
COOH H 3 РO 4 сусная кислота ↘
фосфоенол- НАД +
пировиноградная кислота
В мембране, окружающей бактероид, локализованы также ферменты, катализирующие превращение яблочной кислоты в янтарную.
В ходе реакций цикла Кребса, происходящих в бактероиде, синтезируются восстановленные динуклеотиды НАД×Н и ФАД×Н 2 , которые служат донорами электронов для электронтранспортной цепи системы окислительного фосфорилирования, обеспечивающей синтез АТФ по такому же механизму, как и в митохондриях. Одновременно из электронтранспортной цепи системы окислительного фосфорилирования через ферредоксин осуществляется вывод электронов на Fe,S-белки нитрогеназы, которые сопряжённо с гидролизом АТФ переносят их на активные группировки Mo,Fe-белков.
Часть метаболитов растения, поступающих в бактероиды, превращается в полиэфир b-оксимасляной кислоты, который служит запасным веществом в клетках бактерий и бактероидах клубеньков. Поли-b-оксимасляная кислота откладывается в специальных гранулах и её содержание изменяется в зависимости от процесса азотфиксации. При усилении азотфиксации содержание полиэфира b-оксимасляной кислоты в клубеньках уменьшается, а при ослаблении указанного процесса происходит его накопление.
В связи с тем, что нитрогеназа инактивируется кислородом, клетка бактероида защищена от его проникновения внешней мембраной. Однако в системе окислительного фосфорилирования конечным акцептором электронов служит кислород, который вводится в бактероид в связанном состоянии специальным белком легоглобином . Легоглобины представляют собой гемопротеиды с молекулярной массой 15-16 тыс., которые синтезируются клетками растения-хозяина. Как и гемоглобин крови человека и животных , легоглобин содержит активную группировку в виде протогема, с которой связывается молекулярный кислород, образуя оксилегоглобин. В таком виде обеспечивается транспорт кислорода через мембрану бактероида и передача его на активный центр терминальной оксидазы электронтранспортной цепи бактероида, где кислород акцептирует электроны.
Кроме молекул азота, ферментный комплекс нитрогеназы одновременно восстанавливает также катионы водорода в молекулярный водород в соответствии с реакцией: 2Н + + 2ē ¾® Н 2 . Поэтому наряду с аммиаком продуктом действия нитрогеназы является также молекулярный водород, при окислении которого у некоторых штаммов клубеньковых бактерий осуществляется дополнительный синтез АТФ, необходимого для азотфиксации. Окисление водорода катализирует фермент гидрогеназа . В опытах показано, что штаммы клубеньковых бактерий, способные к синтезу гидрогеназы, обеспечивают более интенсивную фиксацию молекулярного азота, вследствие чего повышается продуктивность бобовых растений, инфицированных этими видами клубеньковых бактерий.
Для питания бактероида субстратами цикла Кребса используется не только СО 2 , фиксированный в процессе фотосинтеза, но и диоксид углерода, поступающий в клубеньки из почвы или выделяющийся как продукт дыхания в клетках клубеньков. Нефотосинтетическую фиксацию СО 2 в растительных клетках клубеньков катализирует фермент фосфопируваткарбоксилаза с образованием щавелевоуксусной кислоты. Затем щавелевоуксусная кислота по уже известным нам механизмам превращается в яблочную и янтарную кислоты. За счёт гетеротрофной фиксации СО 2 в бактероиды поступает до 25 % углерода, находящегося в составе субстратов цикла Кребса.
Продукт восстановления в бактероидах молекулярного азота – аммиак – транспортируется из бактероида в цитоплазму растительных клеток клубеньков в виде катионов аммония или аланина, который синтезируется аланиндегидрогеназой бактероидов из поступающей в бактероиды пировиноградной кислоты растительного происхождения. В цитоплазме растительных клеток клубеньков локализован фермент глутаминсинтетаза, катализирующий синтез глутамина, а в пластидах – глутаматсинтаза, с участием которой синтезируются молекулы глутаминовой кислоты. Под действием указанных ферментов, а также аминотрансфераз в клубеньках осуществляется синтез транспортных форм азотистых веществ – глутамина и аспарагина, которые далее по транспортной системе растения переносятся в другие органы. У некоторых бобовых (соя, фасоль, вигна) транспортными формами азота служат аллантоин и аллантоиновая кислота, являющиеся продуктами нуклеотидного обмена (см. стр…). Таким образом, бобовые растения, имеющие активные клубеньки, за счёт симбиотической азотфиксации практически полностью обеспечивают свои потребности в восстановленных формах азота. Общая схема биохимических процессов, происходящих в бактероидах, показана на рисунке 40.
Эффективность азотфиксации в клубеньках бобовых растений тесно связана с интенсивностью фотосинтеза. Факторы, влияющие на процессы фотоассимиляции, соответствующим образом влияют и на скорость усвоения растениями молекулярного азота. Особенно заметно снижается симбиотическая азотфиксация у бобовых при недостаточном их питании молибденом и кобальтом. Как мы уже знаем, молибден входит в состав активной группировки Mo,Fe-белка нитрогеназы, а кобальт активирует ферменты в составе клубеньков, имеющие в качестве коферментов коферментные формы витамина В 12 .
У цианобактерий наблюдаются разные формы симбиоза в зависимости от растения-хозяина. Так, например, цианобактерии из рода Nostoc при симбиозе с водным папоротником Azolla проникают в полости листа, увеличиваются в размерах и покрываются плотной оболочкой, превращаясь в способные к азотфиксации структуры – гетероцисты. Восстановленный азот в виде аммонийной формы транспортируется в окружающие гетероцисты клетки листа и включается в обмен азотистых веществ растения.
Цианобактерии этого же вида способны также к симбиозу с цветковыми растениями из рода Gunnera. Они через специальные железы у основания черешков листьев проникают во внутреннюю полость листьев и инфицируют растительные клетки. Внутри растительных клеток цианобактерии превращаются в гетероцисты, способные фиксировать молекулярный азот атмосферы, превращая его в аммонийную форму, которая транспортируется в цитоплазму инфицированных растительных клеток и включается в состав аминокислот и амидов, обеспечивая таким образом растение восстановленными формами азота.
Кроме симбиотических азотфиксаторов, молекулярный азот атмосферы усваивают также некоторые свободноживущие микроорганизмы. К ним относятся аэробные бактерии родов Azotobacter и Beiyerinckia, анаэробные бактерии из рода Clostridium, отдельные виды цианобактерий и фотосинтезирующих бактерий. Их вклад в обогащение почвы биологически связанным азотом менее значителен по сравнению с симбиотическими микроорганизмами, при благоприятных условиях ежегодная фиксация ими азота может достигать 30-40 кг/га.
У анаэробных азотфиксаторов источником энергии и электронов для восстановления молекулярного азота служат процессы брожения , у аэробных форм – процесс аэробного дыхания, у фотосинтезирующих бактерий - продукты фотосинтеза. Все они способны синтезировать ферментный комплекс нитрогеназы, катализирующий в их клетках восстановление молекул азота до аммиачной формы. Донором электронов для нитрогеназы служит бактериальный ферредоксин и его молекулярные аналоги. Некоторые виды несимбиотических азотфиксаторов (Azotobacter, Beiyerinckia, Azospirillium, Flavobacterium) обитают на поверхности корней растений, так как в качестве энергетических продуктов используют их корневые выделения. Значительный вклад в обогащение рисовых полей азотом за счёт азотфиксации вносят цианобактерии из рода Tolypothrix.
Наряду с выяснением биохимических механизмов процесса азотфиксации у свободноживущих и симбиотических микроорганизмов проводятся также молекулярно-генетические исследования, связанные с направленным воздействием на регуляторную систему синтеза ферментов азотфиксации. Цель таких работ – добиться усиления синтеза нитрогеназы и других ферментов, участвующих в восстановлении и связывании молекулярного азота, и таким образом повысить эффективность биологической фиксации азота атмосферы и его использования сельскохозяйственными растениями. Кроме того, разрабатываются молекулярные подходы переноса генов азотфиксации из клеток микроорганизмов в генотипы растений. Особенно это актуально для злаковых растений, занимающих большой удельный вес среди возделываемых сельскохозяйственных культур. С использованием методов генетической инженерии в различных лабораториях предпринимаются попытки создания таких генотипов злаковых растений, которые подобно бобовым были бы способны усваивать молекулярный азот, содержащийся в земной атмосфере.
Вопросы для повторения:
1. В чём состоит механизм восстановительного аминирования кетокислот, образующихся в реакциях дыхания? 2. Какие реакции катализируют ферменты глутаматсинтаза и аспартатаммиаклиаза? 3. Какое значение в синтезе и превращениях аминокислот имеют реакции переаминирования? 4. Какие продукты образуются в реакциях орнитинового цикла? 5. Каким путём происходит распад аминокислот и превращения продуктов их распада? 6. В ходе каких биохимических реакций осуществляется связывание избыточного аммиака в растительных тканях? 7. Каковы механизмы ассимиляции растениями азота мочевины при некорневых подкормках? 8. Как восстанавливается в растениях нитратная форма азота? 9. При каких условиях происходит накопление нитратов в растительных тканях? 10. Как осуществляется синтез аминокислот при симбиотической азотфиксации? 11. Какие биохимические процессы происходят в бактероидах клубеньков бобовых растений?
Тестовые задания к лекции.
Тесты № 193-252.
Лекция 8. Нуклеиновые кислоты, синтез и распад белков.
Аннотация.
Рассматривается состав, строение и генетическая роль нуклеиновых кислот. Излагаются принципы передачи генетической информации в ходе репликации ДНК, процессов транскрипции и трансляции. Изучаются механизмы синтеза и распада белков и нуклеотидов, а также ферменты, катализирующие эти процессы.
Ключевые слова:
дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), рибонуклиновые кислоты (РНК), рибосомная РНК, матричная РНК, транспортная РНК, правила Чаргаффа, комплементарное строение ДНК, двойная спираль ДНК, нуклеосомы, генетический код, кодоны, репликация ДНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, ДНК-праймазы, ДНК-лигазы, репликативная вилка, промоторы, транскрипция, терминаторы, репрессоры транскрипции, интроны, экзоны, процессинг, сплайсинг, трансляция, инициаторный кодон, терминирующие кодоны, полирибосомы, рибонуклетидредуктазы, рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, нуклеотидазы, ксантиноксидазы, уратоксидазы, протеиназы, пептидазы.
Рассматриваемые вопросы:
Строение и функции нуклеиновых кислот.
Генетический код.
Синтез ДНК.
Синтез РНК.
Синтез белков и нуклеотидов.
Процессы распада нуклеиновых кислот, нуклеотидов и белков.
10.7. Строение и функции нуклеиновых кислот.
Нуклеиновые кислоты – это биологические полимеры, молекулы которых построены из нуклеотидов. Эти вещества были открыты Ф. Мишером в 1869 г., который выделил их из ядер клеток лейкоцитов и поэтому назвал нуклеином (ядро по гречески – nucleus). Поскольку они обладают кислотными свойствами, вновь открытые химические соединения в дальнейшем стали называть нуклеиновыми кислотами. Длительное время нуклеиновым кислотам отводилась второстепенная роль в жизнедеятельности организмов. И только в 1940-1950 г.г. было показано, что эти химические соединения ответственны за наследственность и реализацию генетических свойств у всех живых организмов.
В зависимости от состава и строения образующих их молекул нуклеотидов различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибо-нуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекулы ДНК образуются из дезоксирибонуклеотидов в основном четырёх видов – дезоксиадениловой кислоты (дАМФ), дезоксигуаниловой кислоты (дГМФ), дезоксицитидиловой кислоты (дЦМФ) и дезокситимидиловой кислоты (дТМФ). Молекулы РНК синтезируются из рибонуклеотидов – адениловой кислоты (АМФ), гуаниловой кислоты (ГМФ), цитидиловой кислоты (ЦМФ) и уридиловой кислоты (УМФ). Кроме указанных нуклеотидов, в составе нуклеиновых кислот в небольшом количестве содержатся и некоторые другие нуклеотиды (см. стр…).
Спасибо
Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!
Что такое мочевина?
Мочевина
представляет собой химическое соединение, которое появляется в организме в результате распада белков. Данные преобразования происходят в несколько этапов, а мочевина является конечным продуктом. В норме она образуется в печени , оттуда направляется в кровь и выводится с почками в процессе фильтрации.Сама по себе мочевина не имеет серьезного значения для организма. Она не выполняет каких-либо функций в крови или во внутренних органах. Это соединение необходимо для безопасного выведения азота из организма.
В норме наибольшая концентрация мочевины наблюдается в крови и в моче. Здесь ее определяют лабораторными методами по медицинским показаниям или во время профилактического обследования.
С точки зрения диагностики мочевина является важным индикатором, способным указать на ряд отклонений в организме. Уровень мочевины косвенно говорит о работе почек и печени. В сочетании с другими анализами крови и анализами мочи это дает чрезвычайно ценную диагностическую информацию. Многие протоколы лечения и общепринятые стандарты основываются на результатах анализа на мочевину.
Как происходит биосинтез (образование ) и гидролиз (распад ) мочевины в организме?
Образование мочевины происходит в организме в несколько этапов. Большинство из них (в том числе синтез самой мочевины ) протекает в печени. Распад мочевины в норме в организме не происходит либо происходит в незначительных количествах и не имеет диагностического значения.Процесс образования мочевины из белков проходит следующие этапы:
- Белки распадаются на более простые вещества – аминокислоты, содержащие азот.
- Распад аминокислот приводит к образованию токсичных соединений азота, которые необходимо вывести из организма. Основной объем этих веществ выводится с мочой. Большая часть азота идет на образование мочевины, несколько меньше – на образование креатинина , и незначительная часть – на образование солей, которые тоже выводятся с мочой.
- В печени мочевина образуется в результате биохимических трансформаций (орнитиновый цикл ). Отсюда она поступает в кровь и какое-то время циркулирует в организме.
- Когда кровь проходит через почки, вредные вещества задерживаются и концентрируются в процессе фильтрации. Результатом этой фильтрации является вторичная моча, которая выводится из организма в процессе мочеиспускания.
Чем отличается мочевина от мочевой кислоты?
Мочевина и мочевая кислота – два разных вещества, встречающиеся в организме человека. Мочевина является продуктом распада белков, аминокислот и ряда других соединений. В норме она циркулирует в крови (небольшая часть ) и выводится с мочой. Мочевая же кислота образуется в результате распада пуриновых оснований. Этот процесс протекает в основном в мозге, печени и в крови. Он направлен на обезвреживание аммиака (токсичное соединение азота ). Из организма мочевая кислота может выделяться в небольших объемах с потом и мочой.Если накопление мочевины в организме само по себе не представляет серьезной опасности (оно лишь указывает на различные заболевания ), то мочевая кислота может скапливаться в различных тканях в виде солей. Наиболее серьезной патологией, связанной в нарушениями обмена мочевой кислоты, является подагра .
Что показывает уровень мочевины в крови и моче?
В норме на концентрацию мочевины в крови и моче влияет работа печени и почек. Таким образом, отклонения ее концентрации от нормы можно анализировать для диагностики различных патологий этих органов. Для получения более полной информации учитывают также результаты биохимических тестов на другие вещества.В общих чертах отклонения уровня мочевины можно интерпретировать следующим образом:
- Понижение уровня мочевины в крови. Данное отклонение может встречаться при голодании и диете , бедной белками. Если же видимых причин нет, следует подозревать различные патологии печени. То есть, в организме распад белков происходит в обычном порядке, но печень по каким-либо причинам не обезвреживает аммиак, трансформируя его в мочевину.
- Повышение уровня мочевины в крови. Незначительное повышение в сочетании с повышенным уровнем мочевины в моче может считаться вариантом нормы. В организме происходит ускоренный распад белков и, как следствие, образуется больше мочевины. Если же концентрация повышена в несколько раз, это обычно говорит о серьезных заболеваниях почек. Кровь плохо фильтруется, и значительная часть мочевины задерживается в организме.
- Понижение уровня мочевины в моче. В норме почки выводят из организма относительно стабильное количество мочевины в сутки. Если уровень мочевины в крови повышен, а в моче – понижен, это говорит о том, что почки плохо выполняют свои функции. Кровь хуже фильтруется, и токсичные вещества могут задерживаться в организме. Данное отклонение чаще всего встречается при различных заболеваниях почек, но может говорить и о ряде нарушении обмена веществ или некоторых системных патологиях (например, многие аутоиммунные заболевания могут повреждать фильтрационный аппарат почек ).
- Повышение уровня мочевины в моче. Данное отклонение практически всегда связано с повышенным уровнем мочевины в крови. Усиленный распад белков (по различным причинам ) ведет к ускоренному образованию мочевины. Здоровые почки обычно справляются с этой проблемой и начинают быстрее выделять это вещество с мочой.
Какие органы влияют на образование мочевины (печень, почки и др. )?
Мочевина, как и многие другие химические вещества в организме человека, образуется в печени. Именно этот орган сочетает множество функций, среди которых и обезвреживание некоторых продуктов обмена веществ. При нормальной работе печени токсичные азотистые соединения преобразуются в мочевину и выбрасываются в кровь.Вторым органом, влияющим на уровень мочевины, являются почки. Это своеобразный фильтрационный аппарат организма, который очищает кровь от лишних и вредных веществ. При нормальной работе почек большая часть мочевины выводится из организма с мочой.
На скорость образования и выведения мочевины из организма могут косвенно влиять и другие органы. Например, щитовидная железа , производя слишком много гормонов (гипертиреоз ), стимулирует распад белков, из-за чего печени приходится быстрее преобразовывать продукты их распада в мочевину. Однако прямое влияние на уровень этого вещества в крови оказывают именно печень и почки.
Какая роль и функции мочевины в организме человека?
Мочевина не выполняет каких-либо функций в организме человека. Она является вспомогательным веществом, продуктом распада белков и аминокислот, который может быть легко выведен из организма. Это своеобразная транспортная форма для веществ, которые больше не нужны. Кроме того, образование печенью мочевины спасает организм от накопления токсичных веществ (аммиак и др. ). Таким образом, главная роль мочевины в организме – выведение продуктов обмена азота.Как выводится мочевина и другие продукты обмена веществ из организма?
Мочевина является основным продуктом азотистого обмена (белков, аминокислот и др. ). В норме она выводится из организма в несколько этапов. Синтезированная в печени мочевина некоторое время циркулирует в крови, а затем попадает в почки. Здесь она проходит фильтрационную мембрану и задерживается в составе первичной мочи. Ряд полезных для организма веществ и большая часть воды всасываются затем обратно в процессе реабсорбции (в почечных канальцах ). Незначительная часть мочевины также может вернуться в кровоток. Однако большая часть поступает в почечную лоханку в составе вторичной мочи.С мочой мочевина проходит по мочеточникам в мочевой пузырь , откуда выделяется из организма в процессе мочеиспускания. На каждом из этапов выделения мочевины могут встречаться различные нарушения, которые приведут к задержке этого вещества в организме.
Существуют следующие виды азотемии (задержка мочевины и других соединений азота ):
- Надпочечная. Данный тип вызван избыточным образованием мочевины и других продуктов азотистого обмена. Почки при этом функционируют нормально, но не успевают в короткий срок вывести все эти вещества из организма.
- Почечная. В данном случае мочевина задерживается из-за того, что почки перестают нормально фильтровать кровь. При данном типе азотемии уровень мочевины может достигать наиболее высоких значений (100 ммоль/л и более ).
- Подпочечная. Этот тип азотемии возникает редко и связан с затруднениями выделения вторичной мочи. То есть, мочевина уже отфильтровалась из крови в почках, но из-за механических препятствий в почечной лоханке, мочеточнике или нижних отделах мочеполовой системы моча не выделяется нормально. Часть веществ из нее при задержке всасывается обратно в кровь.
Причины повышенного и пониженного уровня мочевины
Концентрация мочевины в крови может повышаться или понижаться несколькими способами. При этом задействуются различные механизмы, за которые отвечают разные органы и системы. Анализ на мочевину предполагает оценку работы этих органов. Порой распознать причину и механизм повышения уровня мочевины бывает сложно. Для этого врачи обычно назначают дополнительные диагностические исследования.
На повышение уровня мочевины в крови могут влиять следующие механизмы и факторы:
- Концентрация белков в крови (усиленное образование мочевины ). Уровень белков в крови влияет отчасти и на скорость их распада. Чем больше белка распадается, тем больше образуется мочевины в печени, и тем больше ее попадает в кровь. Например, после операций, травм или ожогов умирает большое количество клеток, и в кровь попадает много продуктов распада (в том числе и белков ).
- Диета. Значительное количество белков попадает в организм с пищей. Чем богаче диета белками, тем больше белков будет и в крови. Однако этот механизм не так сильно влияет на концентрацию мочевины в крови или моче.
- Объем циркулирующей крови. В результате физиологических или патологических процессов объем крови в организме человека может меняться. Например, массивные кровотечения , диарея или длительная лихорадка уменьшают объем крови, а многочисленные капельницы, усиленное потребление жидкости или некоторые заболевания – повышают. Изменение объема циркулирующей крови влияет на концентрацию мочевины в крови или моче за счет ее разведения, но ее количество (как вещества ) при этом не меняется.
- Состояние печени. Мочевина образуется в печени из продуктов распада белков (соединений азота ) при нормальной работе этого органа. Различные заболевания печени приводят к тому, что ее клетки хуже выполняют свои функции. Из-за этого образование мочевины может снизиться, а в крови будут накапливаться другие токсичные вещества.
- Состояние почек (выведение мочевины из организма ). Мочевина, которая образуется в печени, какое-то время циркулирует в крови, после чего выводится почками с мочой. При ряде заболеваний почек процесс фильтрации может проходить медленнее, и уровень мочевины в крови будет повышаться, даже если она образуется с нормальной скоростью и в нормальном количестве.
- Другие факторы. За обмен белков, образование мочевины и ее выведение из организма отвечает множество различных ферментов , клеток и их рецепторов. Существует множество различных заболеваний (как правило, редких ), которые поражают определенные звенья в цепи обмена белков. Некоторые из этих заболеваний являются генетическими и с трудом поддаются лечению.
Почему повышается мочевина у ребенка?
Повышение уровня мочевины у ребенка может быть связано с различными патологиями. Серьезные заболевания почек у детей встречаются относительно редко. Наиболее распространенной причиной являются различные инфекционные заболевания детского и взрослого возраста (кишечные, респираторные и др. ). В большинстве случаев они сопровождаются повышением температуры , которое отражается на концентрации мочевины в крови.Помимо инфекционных заболеваний возможны следующие причины повышения уровня мочевины в крови:
- пищевые отравления с обильной рвотой или диареей;
- травмы (особенно ожоги );
- длительное голодание;
- сахарный диабет (у детей, как правило, врожденный );
- ряд заболеваний желез внутренней секреции (эндокринные патологии ).
Самостоятельно определить причину повышения мочевины у детей обычно не представляется возможным. Результаты анализа должен интерпретировать педиатр , который оценит общее состояние ребенка и учтет результаты других лабораторных исследований.
Пониженная мочевина у детей обычно встречается при гепатитах (воспаление тканей печени ) различного происхождения.
Почему повышается или понижается мочевина при беременности?
В норме во время беременности содержание мочевины в крови снижается. Это объясняется тем, что организм женщины усиленно синтезирует новые белки, необходимые для растущего организма. Распад же белков замедляется, и мочевины образуется меньше. При нормальной работе почек она быстро выводится из организма с мочой и не задерживается в крови.Повышение уровня мочевины при беременности чаще всего говорит о развитии каких-либо патологических процессов. Например, при нефропатии беременных ухудшается почечная фильтрация, и мочевина начинает накапливаться в крови (при этом она будет понижена в моче ). Кроме того, беременность может спровоцировать обострение различных хронических патологий, возможны нарушения обмена веществ или гормональные сбои , которые часто отражаются на работе почек. Если во время беременности биохимический анализ выявил повышенную концентрацию мочевины в крови, обязательно необходима консультация специалиста и дополнительные обследования.
Влияет ли потребление воды и других жидкостей на концентрацию мочевины?
Избыточное или недостаточное потребление жидкости оказывает определенное влияние на результаты практически всех лабораторных исследований. Дело в том, что усиленное питье воды, так или иначе, приводит к повышению объема циркулирующей крови. Таким образом, концентрация веществ будет понижена. Для проведения анализа берется стандартный объем крови, но значительную его часть будет составлять вода. Потребление большого количества жидкости приведет к некоторому уменьшению концентрации мочевины, а обезвоживание – к повышению. На состояние здоровья эти отклонения не повлияют, так как количество мочевины в обоих случаях одинаковое. Она распадается и выводится в нормальном режиме. Меняется лишь объем крови, в котором она растворена.Влияет ли диета на уровень мочевины в плазме, сыворотке, крови и моче?
Режим питания и потребляемые продукты могут отчасти повлиять на концентрацию мочевины в крови и моче. Диета с высоким содержанием белка приводит к тому, что этот белок начинает распадаться. Мочевина же является продуктом этого распада, и ее образуется больше. Вегетарианская диета с пониженным потреблением белков снижает уровень мочевины. Однако питание обычно приводит к незначительным отклонениям от нормы. Например, если человек перед сдачей крови на анализ будет есть много мяса в течение нескольких дней, концентрация мочевины будет на верхней границе нормы или немного повышена. Значительные же отклонения (превышение нормы в 2 – 3 раза и более ) появляются лишь при наличии патологических процессов.Содержится ли мочевина в молоке и других продуктах питания?
Мочевина является одним из продуктов жизнедеятельности живых организмов, но в норме она выводится естественным путем с мочой. В продукты питания это вещество попасть не может. Если и происходит загрязнение продукта, это не влияет на его пищевую ценность и не представляет опасности для организма.На уровень мочевины в крови могут влиять продукты питания , содержащие много белков и других азотистых веществ. То есть, после потребления этих продуктов в организме образуется больше мочевины, и ее концентрация в крови растет.
Значительное количество белка содержится в следующих продуктах питания:
- мясо;
- рыба и морепродукты (моллюски, рыбные консервы, некоторые водоросли и др. );
- сыры;
- творог и др.
Влияет ли избыточный вес на уровень мочевины?
Прямой зависимости между избыточным весом и концентрацией мочевины в крови или моче не существует. Избыточное количество мочевины может отмечаться в тех случаях, когда лишний вес вызван рядом заболеваний. Например, у некоторых пациентов с сахарным диабетом нарушается обмен веществ. Это может повлиять и на обмен белков, и на работу почек, и на постепенное накопление избыточного веса. Существуют и другие патологии, которые вызывают одновременно лишний вес и подъем уровня мочевины. В каждом конкретном случае следует обращаться к специалисту, который определит первопричину этих нарушений.При каких болезнях растет уровень мочевины?
Существует очень много различных патологий, которые могут привести к росту уровня мочевины в крови и моче. Чаще всего это заболевания почек или различные нарушения обмена веществ. Наиболее выраженный подъем наблюдается при патологиях, вызывающих почечную недостаточность.Уровень мочевины в крови может быть повышен при следующих заболеваниях и патологических состояниях:
- острая и хроническая почечная недостаточность;
- некоторые опухоли мочеполовой системы;
- камни в почках (почечнокаменная болезнь );
- высокое или низкое артериальное давление (в том числе при ряде болезней сердца );
- кровотечения;
- ряд воспалительных заболеваний почек;
- ряд тяжелых инфекционных заболеваний (тропические геморрагические лихорадки и др. );
- ожоги (особенно большой площади );
- раны с повреждением большого объема тканей;
- отравление некоторыми токсинами (ртуть, хлороформ, фенол и др. );
- сильное обезвоживание;
- послеоперационный период;
- некоторые онкологические заболевания ;
- прием ряда фармакологических препаратов (сульфаниламиды , тетрациклин , гентамицин – из антибиотиков , а также фуросемид и лазикс ).
Важным диагностическим критерием мочевина является лишь для заболеваний печени и почек. В этом случае по ее уровню можно делать косвенные выводы о степени тяжести заболевания и выбирать тактику лечения (например, при почечной недостаточности ).
Повышение уровня мочевины в моче чаще всего появляется одновременно с ее повышением в крови. Организм пытается таким образом избавиться от токсинов. Однако существует и ряд патологий, увеличивающих выделение мочевины.
Высокая концентрация мочевины в моче может наблюдаться при следующих заболеваниях:
- некоторые злокачественные анемии;
- длительная лихорадка;
- прием тироксина (гормон щитовидной железы );
- заболевания щитовидной железы, ведущие к тиреотоксикозу (избыточному выделению тироксина ).
Норма мочевины (у мужчин, женщин и детей )
Анализ на мочевину проводится с целью диагностики различных заболеваний внутренних органов. Чтобы определить отклонения, врачи сначала определяют границы нормы для каждого пациента. На них влияет, в основном, возраст пациента (у взрослых, детей различного возраста и стариков понятие нормы будет разным
). В меньшей степени на это влияет пол пациента.Существуют следующие границы нормы для концентрации мочевины в крови в различном возрасте:
- у новорожденных 1,4 – 4,3 ммоль/л (для детей, родившихся раньше положенного срока, существуют свои нормы );
- у детей до 3 лет норма составляет 1,8 – 6,4 ммоль/л;
- у детей до 10 лет – 2,0 – 6,8 ммоль/л;
- у подростков и взрослых – 2,5 – 8,3 ммоль/л;
- у пожилых людей примерно 3,5 – 9,3 ммоль/л (зависит от возраста и функционального состояния почек, которое со временем ухудшается ).
Для выделения мочевины с мочой в различном возрасте существуют следующие границы нормы:
- первая неделя жизни – 2,5 – 33 ммоль/сут;
- 1 неделя – 1 месяц – 10 – 17 ммоль/сут;
- до 1 года – 33 – 67 ммоль/сут;
- до 2 лет – 67 – 133 ммоль/сут;
- до 8 лет – 133 – 200 ммоль/сут;
- до 15 лет – 200 – 300 ммоль/сут;
- у взрослых – 333 – 587 ммоль/сут.
Почему отличается норма мочевины у взрослых и детей различного возраста?
Нормальные показатели мочевины в крови и моче варьируют в зависимости от возраста пациента. Это объясняется тем, что обмен веществ может протекать с различной скоростью. У здорового ребенка он происходит быстрее, так как организм растет и развивается. В пожилом же возрасте обмен веществ замедляется. Это объясняет различные границы нормы для пациентов различного возраста.Наиболее значительные отличия наблюдаются у маленьких детей, так как в первые годы жизни организм претерпевает серьезные изменения. Кроме того, варьирует количество потребляемых белков, и постепенно растет объем циркулирующей крови. Все это влияет на концентрацию мочевины в крови и моче, и, соответственно, на результаты анализов. Различные границы нормы в разном возрасте существуют не только для мочевины, но и для большинства других веществ в крови и моче.
Концентрация мочевины в крови
Концентрация мочевины в крови зависит от нескольких факторов. Во-первых, на это влияет распад белков в организме, так как именно мочевина является его конечным продуктом. Во-вторых, важную роль играет работа печени, в которой и синтезируется данное вещество. В-третьих, важна работа почек, которые в норме выводят мочевину из крови. В здоровом организме, где все процессы протекают нормально, и все органы хорошо функционируют, концентрация мочевины в крови колеблется в пределах 2,5 – 8,32 ммоль/л. Границы нормы могут быть несколько расширены у людей различного возраста и при определенных физиологических состояниях. Значительное повышение мочевины в крови наблюдается обычно при почечной недостаточности, когда это вещество плохо выводится из организма.Концентрация мочевины в моче
Основная функция почек заключается в фильтрации крови и выведении из организма вредных веществ с мочой. В норме мочевина образуется в печени, некоторое время циркулирует в крови, а затем покидает организм именно с мочой. Таким образом, основным фактором, влияющим на концентрацию мочевины в моче, является фильтрация крови в почках. В норме у здоровых людей выделение мочевины составляет 333 – 587 ммоль/сут (или 20 – 35 г/сут ). При условии, что почки работают нормально, существует пропорциональная зависимость между концентрацией мочевины в крови и в моче. Чем больше этого вещества образуется, тем больше его будет выводиться с мочой. Любые отклонения от этой пропорции могут трактоваться как признаки определенных нарушений, причину которых предстоит выявить.Следует отметить, что общепринятым критерием в данном случае считается не столько концентрация мочевины в моче, сколько ее общий объем, который выводится за сутки. Этот показатель более достоверен, так как на количество суточной мочи может влиять больше факторов (например, интенсивное потоотделение или объем выпитой жидкости ). Независимо от этого общее количество мочевины, выделенной организмом за сутки, должно быть в пределах нормы.
Анализ на мочевину
Анализ на определение мочевины в крови и моче относится к биохимическим анализам (соответственно крови или мочи
). Это достаточно распространенное диагностическое исследование, которое делают не только по особым показаниям, когда человек уже заболел, но и в профилактических целях. Основной задачей данного анализа является приблизительная оценка функции почек и печени, а также контроль за обменом азотистых соединений в организме.Анализ на мочевину редко проводят изолированно, так как это не даст информации, необходимой для полноценного диагноза. В профилактических целях назначают комплексный биохимический анализ крови и мочи (рекомендуется делать раз в 1 – 2 года, если нет дополнительных показаний
).
Отдельно мочевину и креатинин могут определять по указанию врача для пациентов с почечной или печеночной недостаточностью .
Данное обследование можно пройти в любой клинической лаборатории. Для этого не обязательно иметь направление от лечащего врача. К результатам анализа лаборатория обычно прилагает и краткую расшифровку (соответствует ли результат границам нормы для данного пациента ). Нужно отметить, что концентрация мочевины в крови и моче может меняться довольно быстро. Поэтому результаты анализа при посещении врача должны быть свежими. Рекомендуется проводить их за 1 – 3 дня до посещения специалиста. Лучше всего сначала пройти консультацию, в ходе которой врач сможет подсказать, какие именно лабораторные тесты (помимо мочевины ) необходимы данному пациенту.
Как правильно сдавать анализ на мочевину?
Для объективной оценки уровня мочевины в крови и моче нужно следовать ряду простых рекомендаций. Дело в том, что образ жизни и питания человека может влиять на результаты биохимического анализа крови. Именно поэтому перед сдачей крови или мочи на анализ необходима подготовка.При подготовке к биохимическому анализу крови и мочи нужно соблюдать следующие правила:
- не давать на организм тяжелую нагрузку за 24 часа до исследования;
- соблюдать обычный режим питания за сутки до сдачи крови или мочи (особенно не злоупотреблять мясом, рыбой или кондитерскими изделиями );
- утром, непосредственно перед сдачей крови, не есть (пить лучше воду или чай без сахара );
- избегать сильного стресса .
Биохимический анализ крови
Биохимический анализ крови представляет собой один из методов лабораторной диагностики. В отличие от общего анализа крови, для определения различных показателей здесь используются биохимические реакции. Определение уровня мочевины в крови и моче входит в биохимический анализ крови.В целом данный диагностический метод дает информацию о работе внутренних органов (прежде всего, печени и почек ). Результаты биохимического анализа крови лучше рассматривать в комплексе, так как это даст более полное представление о состоянии организма. Именно поэтому отдельно анализ на мочевину обычно не назначают. Изолированное повышение или понижение концентрации одного вещества не будет достаточным аргументом для постановки диагноза. Параллельно с определением мочевины важно выявить уровень креатинина, общий белок и ряд других показателей (которые тоже включены в биохимический анализ крови ).
Какие есть реакции и методы определения мочевины?
В лабораторной диагностике существуют различные методы для определения концентрации мочевины в крови. В каждой лаборатории отдают предпочтение какому-либо отдельному методу, но на результат анализа это практически не влияет. Для пациента это может отразиться только на стоимости проведения анализа.Определение уровня мочевины в крови и моче возможно с помощью следующих методов:
- Газометрические. В результате химической реакции мочевину разлагают на более простые вещества, одно из которых – углекислый газ. С помощью специального аппарата объем газа измеряют, а затем рассчитывают по формуле, каково было изначальное количество мочевины в пробе.
- Прямые фотометрические. Мочевина при этом методе также реагирует с несколькими реактивами. Продукты реакции определяют по их способности поглощать световые волны определенной длины. Для проведения данного метода также необходима специальная аппаратура. Основным плюсом является малое количество крови или мочи, необходимой для анализа.
- Ферментативные. В данном случае мочевину в пробе разлагают с помощью специальных ферментов. Продукты реакции определяют с помощью последующих химических реакций, а их количество измеряют с помощью титрования. Данный метод является более трудоемким, так как определение концентрации веществ проходит в несколько этапов.
Показывает ли общий анализ крови концентрацию мочевины?
Общий анализ крови направлен, в первую очередь, на определение клеточного состава крови. При данном анализе используется микроскоп, под которым лаборант или врач считает количество тех или иных клеток. Мочевина представляет собой молекулу вещества, которую невозможно рассмотреть под микроскопом. Для ее определения проводятся специальные химические реакции. Именно поэтому концентрацию мочевины не определяют в рамках общего анализа крови, а проводят биохимический анализ.Какие еще вещества нужно проверить одновременно с анализом на мочевину (остаточный азот, билирубин, общий белок, соотношение мочевины и креатинина )?
Биохимический анализ крови, в рамках которого делают анализ на содержание мочевины, включает также определение ряда других веществ. Для правильной интерпретации результатов анализа часто требуется сравнить концентрацию различных веществ. Это позволяет получить более полную картину работы внутренних органов.Параллельно с определением мочевины рекомендуется сдать анализ на следующие вещества в крови:
- Остаточный азот. Остаточный азот мочевины определяется по специальной формуле. Исходными данными для этого является уровень мочевины. С точки зрения диагностики уровень мочевины и уровень остаточного азота мочевины отражают одни и те же процессы, поэтому определяют обычно один из этих показателей (второй можно легко посчитать, даже если он не указан в результатах анализов ).
- Билирубин. Билирубин является результатом распада гемоглобина . Это вещество образуется после смерти эритроцитов в ходе нескольких биохимических трансформаций. В печени билирубин связывается и выводится из организма (с желчью ). Уровень билирубина косвенно отражает работу печени, но прямой связи с образованием мочевины нет. Это просто дополнит общую картину.
- Общий белок. Так как мочевина образуется в результате распада белков, определение общего белка часто необходимо для получения достоверной и полной картины болезни. Например, если общий белок сильно повышен, то мочевина не может быть в норме, так как значительная часть белков распадается, и мочевины образуется больше. Нормальный уровень мочевины в этих случаях будет указывать на проблемы с ее образованием.
- Креатинин. Креатинин является продуктом реакций энергетического обмена в клетках. Отчасти он связан и с распадом белков в организме. Как и мочевина, креатинин косвенно отражает эффективность работы почек.
Что значит повышение и повышение мочевины в анализе (расшифровка анализа на мочевину )?
Отклонения от нормы в анализе мочевины интерпретируют, сопоставляя результаты с другими симптомами, которые есть у пациента. Само по себе повышение уровня мочевины в крови чаще всего говорит о проблемах с почками. Именно этот орган отвечает за выведение мочевины из организма. В этом случае выделение мочевины с мочой снижается, а у пациента могут появляться отеки и другие симптомы почечной недостаточности. Пониженный уровень мочевины в крови чаще указывает на проблемы с печенью, которая синтезирует это вещество.Также мочевина может повышаться или понижаться при ряде инфекционных заболеваний, при некоторых аутоиммунных патологиях, после травм или на фоне гормональных сбоев. В каждом случае у пациента будут наблюдаться соответствующие нарушения. Отклонения в анализе на мочевину не связаны напрямую с этими заболеваниями и лишь косвенно подтверждают диагноз.
Таким образом, расшифровкой результатов анализа на мочевину должен заниматься лечащий врач. Только квалифицированный специалист сможет заметить все симптомы и правильно их интерпретировать для постановки правильного диагноза.
Зачем определяют мочевину в суточной моче?
В отличие от анализа крови на мочевину, где определяют концентрацию этого вещества, в анализе мочи на первое место ставят общее количество выделенной мочевины. Концентрация здесь не имеет решающего значения, так как существует слишком много факторов, влияющих на работу почек. Например, при избыточном потреблении жидкости концентрация мочевины будет очень низкой, а при обезвоживании организма – высокой. Замечено, что на одном и том же уровне остается лишь общее количество мочевины, которое выводится из организма за сутки. Именно поэтому в результатах анализа фигурирует показатель «количество мочевины в суточной моче», а не ее концентрация.Симптомы повышенной и пониженной мочевины
Накопление мочевины в крови чаще всего не сопровождается какими-либо симптомами. Это вещество не обладает выраженной токсичностью, поэтому незначительное повышение концентрации мочевины не влияет на состояние пациента. В тех случаях, когда уровень мочевины превышен сильно (норма превышена в несколько раз и более
) у человека могут отмечаться общие симптомы интоксикации .При высоком уровне мочевины у пациента появляются следующие жалобы:
- умеренные головные боли ;
- общая слабость ;
- проблемы со сном и др.
В некоторых случаях концентрация мочевины в крови повышается одновременно с концентрацией других веществ. Как правило, это происходит при тяжелом нарушении работы почек. В этих случаях симптомы и проявления болезни могут быть очень тяжелыми, но вызвано их появление не столько избытком мочевины в крови, сколько общей интоксикацией и сопутствующими нарушениями. В тяжелых случаях у пациентов может появиться рвота, судороги , диарея, склонность к кровотечениям и др. Без квалифицированной медицинской помощи пациент может впасть в уремическую кому .
Оказывает ли мочевина вредное действие на организм?
Сама по себе мочевина не является токсичным веществом и не оказывает прямого негативного влияния на организм. Именно поэтому она «используется» организмом в качестве безопасной формы выведения более токсичных веществ (другие азотистые соединения ). Большинство симптомов, которые появляются у пациентов с высоким уровнем мочевины, связано с параллельной интоксикацией другими веществами на фоне почечной недостаточности.Из вредных воздействий самой мочевины можно отметить накопление жидкости в тканях (возможны отеки ). Это объясняется тем, что мочевина – осмотически активное вещество. Ее молекулы способны «притягивать» к себе молекулы воды. В то же время, молекулы мочевины малы и могут проходить через клеточные мембраны. Таким образом, при высокой концентрации мочевины возможно задержка жидкости в тканях.
Чем опасна мочевина и ее соли при подагре?
Вопреки распространенному заблуждению, при подагре в организме задерживается не мочевина, а мочевая кислота, другое соединение азота. В здоровом организме мочевая кислота не играет серьезной физиологической роли и имеет второстепенное значение. При подагре же соли этого вещества начинают скапливаться в тканях с образованием характерных очагов (тофусов ). Мочевина не имеет прямого отношения к развитию данного заболевания.Опасно ли повышение мочевины при сахарном диабете?
Сахарный диабет является серьезным заболеванием, влияющим на множество процессов, протекающих в организме. Пациентам с данной патологией рекомендуется регулярно сдавать анализы крови и мочи, чтобы вовремя заметить ухудшение состояния и различные осложнения. В рамках биохимического анализа крови мочевина может указывать на весьма серьезные проблемы. Например, при запущенном сахарном диабете у некоторых пациентов развивается кетоацидоз (в крови появляются кетоновые тела, и рН крови меняется ). В результате этого уровень мочевины может начать расти. Также при сахарном диабете возможно поражение почек (диабетическая нефропатия ). Результатом может стать ухудшение фильтрации крови и задержка мочевины в организме.Таким образом, повышенный уровень мочевины у пациентов с сахарным диабетом обычно говорит об ухудшении их состояния. При получении такого результата рекомендуется срочно обратиться к лечащему врачу (эндокринологу ), чтобы стабилизировать ситуацию.
Лечение при пониженной и повышенной мочевине
Сама по себе повышенная или пониженная мочевина не является отдельной патологией и не требует специального курса лечения. Это вещество представляет собой своеобразный индикатор, который может указывать на патологии различных органов и систем. На основании одной только повышенной или пониженной мочевины врач не станет назначать лечение. Для постановки диагноза обычно требуются дополнительные исследования.Чаще всего при повышенной или пониженной мочевине (в зависимости от результатов обследования ) начинают лечение в следующих направлениях:
- гемодиализ и введение препаратов для очищения крови от токсичных продуктов распада (обычно при почечной недостаточности );
- лечение причин почечной недостаточности;
- восстановление функции печени (лечение гепатитов и др. );
- нормализация гормонального фона (при нарушениях работы щитовидной или поджелудочной железы ) и др.
Какие таблетки и лекарства используют для понижения уровня мочевины?
Снижение уровня мочевины в крови не является основной целью курса лечения. В первую очередь врачи, стараются нормализовать работу почек, печени или других органов, которые привели к накоплению азотистых соединений в крови. При условии правильного и эффективного лечения уровень мочевины в крови постепенно снижается самостоятельно. В редких случаях, когда у пациента имеется выраженная азотемия (в крови очень высокая концентрация мочевины и других токсичных соединений азота ), назначают препараты для очищения крови .Наиболее эффективны при выраженной азотемии следующие препараты:
- леспенефрил;
- гепа-мерц;
- орнилатекс;
- орницетил;
- ларнамин.
Также при сильной интоксикации мочевиной и другими соединениями азота пациенту могут водить капельно специальные растворы, способствующие очищению крови, или делать гемодиализ (очищение крови с помощью специально фильтрационного аппарата ).
Можно ли лечить повышенную мочевину народными средствами?
Сама по себе повышенная мочевина не является патологией. Это лишь одно из проявлений какого-либо заболевания или отклонения в работе внутренних органов. Именно поэтому лечение должно быть направлено не столько на снижение уровня мочевины, сколько на устранение причины этого отклонения. Сама же по себе мочевина, в принципе, может понижаться под воздействием некоторых народных средств . Это объясняется стимуляцией ее естественного выведения из организма (с мочой ) и частично – связыванием. Следует отметить, что народные средства помогают не всегда. Если, например, мочевина повышена из-за почечной недостаточности, то стимуляция с помощью мочегонных отваров только ухудшит ситуацию. Именно поэтому пациентам с повышенным уровнем мочевины рекомендуется обратиться к врачу прежде, чем применять какие-либо средства (в том числе народные ).В целом же существуют следующие народные методы, которые помогут снизить мочевину в крови:
- Отвар корня солодки. На 2 столовые ложки необходим 1 л воды. Корень солодки заливают и кипятят в течение 2 – 3 минут. После этого отвар остужают и пьют по полстакана дважды в день до еды.
- Настой толокнянки. 2 столовые ложки травы толокнянки заливают кипятком (0,5 л ) и настаивают 4 - 5 часов. Отвар принимают по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.
- Чай из шиповника. Чай из шиповника можно приготовить самостоятельно, собрав ягоды, либо приобрести в аптеке в виде специального сбора. Это средство стимулирует образование мочи, но может быть противопоказано при некоторых заболеваниях почек.
- Отвар грыжника и полевого хвоща. Смесь сухих трав грыжника и полевого хвоща (3 – 5 г ) заливают 0,5 л воды и кипятят 5 – 7 минут на маленьком огне. Остуженный отвар пьют перед едой по полстакана.
- Настой листьев черной смородины. Молодые листья черной смородины собирают и сушат на солнце в течение нескольких дней. После этого на них делают настой в большой емкости (примерно 8 крупных листов на 1 л воды ). Настаивание должно длиться 3 – 5 дней. Полученный настой пьют по 1 стакану дважды в день в течение 2 – 3 недель.
Как снизить уровень мочевины в домашних условиях?
Снижение уровня мочевины в домашних условиях обычно не требуется, так как это вещество не представляет серьезной угрозы для организма. Если в анализах обнаружили повышенную концентрацию этого вещества, следует обратиться к врачу для диагностики основной патологии (причины повышения ). В зависимости от заболевания, врач сможет выработать тактику лечения и дать рекомендации относительно домашней профилактики. Само же по себе снижение мочевины не решит проблему, а только устранит одно из проявлений заболевания.Что делать, если мочевина понижена?
Пониженный уровень мочевины в крови и моче встречается достаточно редко. Это не всегда говорит о серьезных патологиях. Чтобы правильно интерпретировать результаты анализа, необходимо обратиться к специалисту. В некоторых случаях при пониженной мочевине не требуется какое-либо лечение. Например, вегетарианская диета содержит меньше белков. У людей, которые ее придерживаются, в организме образуется меньше мочевины. Соответственно, ее уровень может быть несколько ниже нормы и в крови, и в моче.Если же концентрация мочевины понижена длительное время без видимых причин, возможна следующая тактика:
- консультация терапевта или семейного врача;
- консультация уролога (если понижен уровень в моче ) или гепатолога (если понижена мочевина в крови );
- дополнительные лабораторные и инструментальные анализы для оценки работы печени и почек.
Препараты с мочевиной
Мочевина также используется в качестве действующего вещества в некоторых лекарственных средствах. Ее соединения хорошо проходят клеточные мембраны, и это способствует терапевтическому эффекту при ряде заболеваний. Например, пероксид мочевины является мочегонным средством , которое может применяться в отделениях реанимации и интенсивной терапии. В данном случае молекулы препарата будут способствовать выведению жидкости из тканей, что снижает риск отека легких или головного мозга .Кроме того, мочевина обладает кератолитическим действием (воздействует на роговой слой кожи ). Это действие широко используется в дерматологии и косметологии с целью размягчения кожи. Существует довольно много косметических средств для ухода за кожей, в состав которых входит мочевина.
Для чего применяют кремы и мази с мочевиной?
Кремы и мази, содержащие мочевину, применяют в основном для размягчения огрубевшей кожи. Такие средства воздействуют на роговой слой кожи, разрушая омертвевшие клетки. Благодаря этому кожа становится более мягкой. Мази с высокой концентрацией мочевины (например, уродерм ) могут применяться и для размягчения сухих мозолей . В некоторых случаях их назначают при отеках конечностей (соединения мочевины «вытягивают» жидкость из тканей ) и ряде дерматологических патологий (псориаз , экзема , ихтиоз и др. ).Как правило, фармацевтические и косметические средства с мочевиной для наружного применения можно использовать без специального назначения врача. Они практически не всасываются в кровоток и не оказывают серьезного влияния на концентрацию мочевины в крови и моче.
Как применять препараты с мочевиной для ног и пяток?
Кремы и мази с мочевиной широко используют для ухода за кожей ног и ногтями. При огрубении кожи на пятках, сухих мозолях или трещинах мазь наносят на проблемную зону 2 – 3 раза в день тонким слоем. Кожу перед нанесением средства лучше помыть теплой водой. При мозолях мази на основе мочевины можно наносить под противомозольные пластыри.При грибковых заболеваниях ногтей и кожи на ногах препараты с мочевиной применяют параллельно с предписанными противогрибковыми средствами
значение определения мочевины.
Еще в прошлом веке русские ученые М.В. Ненцкий и С.С. Салазкин показали, что в печени происходит образование мочевины из углекислого газа и аммиака.
Кребс и Гензеляйт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, в котором ключевым соединением, замыкающим цикл, является орнитин. Кохен и Ратнер выяснили, что начальной реакцией этого цикла является синтез карбамоилфосфата.
В печени аммиак связывается с СО 2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Затем под действием орнитин-карбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин и образуется цитруллин. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает его с аспартатом и образуется аргининоянтарная кислота. Аспартат – источник второго атома азота мочевины. Далее происходит расщепление аргининоянтарной кислоты на аргинин и фумарат (идет в ЦТК). Аргинин гидролизуется под действием аргиназы на орнитин и мочевину. Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.
Первые две реакции происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения.
Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции:
1. превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных
продуктов - аммиака;
2. синтез аргинина и пополнение его в организме.
Отмечается, что у детей первых месяцев жизни функция печени развита недостаточно, что проявляется в том, что у ребенка количество аммиака по сравнению с взрослым человеком увеличено в 2-2,5 раза. У новорожденных – 20-30% общего азота падает на азот мочевины.
Мочевина – безвредное для организма соединение. Главным местом ее образования в организме является печень, где есть ферменты мочевинообразования. В головном мозге имеются все ферменты синтеза мочевины, кроме карбамоилфосфатазы, поэтому в нем мочевина не образуется. Мочевина – основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выделяется до 90% всего выводимого азота. В норме экскрекция мочевины – 25-30 г/сут. При повышении количества потребляемых с пищей белков увеличивается выделение мочевины.
2.3. Синтез креатина, креатин-фосфата, значение этого синтеза для организма. Клиническое
значение определения креатинина.
Конечным продуктом распада аминокислот в организме, наряду с мочевиной, является креатинин, который образуется в мышечной ткани из креатинфосфата. Креатин и креатинфосфат – важнейшие азотистые вещества мышц, участвующие в химических процессах, связанных с ресинтезом АТФ, являющегося участником мышечного сокращения. Это небелковые азотистые вещества мышц. Креатин синтезируется в почках и печени из трех аминокислот, затем поступает в мышечную ткань.
Эта реакция является одним из путей ресинтеза АТФ и протекает в работающей мышце. Креатинин удаляется в составе мочи. Содержание креатинина в моче зависит от развития мышечной массы. Т.о. следует подчеркнуть, что мочевина, креатинин, соли аммония являются конечными продуктами обмена аминокислот, а определение их в моче является диагностическим показателем. В норме мочевины за сутки у взрослого выделяется около 25- 30г, креатинина – 1,5-2,4 г., солей аммония – 0,5-1,2 г.
Количество креатинина в моче повышается при распаде белков, усиленной мышечной работе, акромегалии, гипотиреозе.
Креатин в норме у взрослого в моче не обнаруживается, а у детей в связи с повышенным обменом веществ может наблюдаться креатинурия.
Креатин в моче появляется при авитаминозе витаминов ""С"" и ""Е"", сахарном диабете, голодании, а также при всех заболеваниях, связанных с распадом мышечной ткани.
Мочевина (карбамид) - полный амид угольной кислоты - содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I (см. схему А ниже).
В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg 2+ . В реакции затрачивается 1 моль АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей. Аспартат - источник второго атома азота мочевины (см. схему А на с. 483).
Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са 2+ или Мn 2+ . Высокие концентрации орнитина и лизина, являющихся структурными аналогами аргинина, подавляют активность этого фермента:
Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.
Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения.
Суммарное уравнение синтеза мочевины:
СО 2 + NH 3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н 2 О → Мочевина + Фумарат + 2 (АДФ + Н 3 Р0 4) + АМФ + H 4 P 2 O 7 .
Аммиак, используемый карбамоилфосфатсинтетазой I, поставляется в печень с кровью ворот-вены. Роль других источников, в том числе гсительного дезаминирования глутаминовой эты в печени, существенно меньше.
Аспартат, необходимый для синтеза аргининокцината, образуется в печени путём трансаминирования аланина с оксалоацетатом. Алании поступает главным образом из мышц и клеток кишечника. Источником оксалоацетата, необходимого для этой реакции, можно считать превращение фумарата, образующегося в реакциях орнитинового цикла. Фумарат в результате двух реакций цитратного цикла превращается в оксалоацетат, из которого путём трансаминирования образуется аспартат (рис. 9-17). Таким образом, с орнитиновым циклом сопряжён цикл регенерации аспартата из фумарата. Пиру ват, образующийся в этом цикле из аланина, используется для глюконеогенеза.
Ещё одним источником аспартата для орнитинового цикла является Трансаминирование глутамата с оксалоацетатом.
Энергетический баланс процесса
В реакциях орнитинового цикла расходуются четыре макроэргических связи трёх молекул АТФ на каждый оборот цикла. Однако процесс превращения аминокислот в безазотистые остатки и мочевину имеет пути компенсации энергозатрат:
при включении фумарата в ЦТК на стадии дегидрирования малата образуется NADH, который обеспечивает синтез 3 молекул АТФ (рис. 9-18);
при окислительном дезаминировании глу-тамата в разных органах также образуется NADH, соответственно - ещё 3 молекулы АТФ.
Затраты энергии происходят также и при трансмембранном переносе веществ, связанном с синтезом и экскрецией мочевины (рис. 9-18). Первые две реакции орнитинового цикла происходят в митохондриях, а последующие три - в цитозоле. Цитруллин, образующийся в митохондрии, должен быть перенесён в цитозоль, а орнитин, образующийся в цитозоле, необходимо транспортировать в митохондрию. Кроме того, в почках перенос мочевины из крови в мочу происходит путём активного транспорта за счёт градиента ионов натрия, создаваемого К + ,Nа + -АТФ-азой, что тоже сопряжено с энергозатратами.
Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в гепатоцитах. Отдельные же ферменты орнитинового цикла обнаруживаются не только в печени, но и в других клетках. В энтероцитах, например, имеется карбамоилфосфат-синтетаза I и орнитинкарбамоилтрансфераза, следовательно, может синтезироваться цитруллин. В почках обнаружены аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза. Цитруллин, образовавшийся в энтероцитах, может поступать в почки и превращаться там в аргинин, который переносится в печень и гидролизуется аргиназой. Активность этих рассеянных по разным органам ферментов значительно ниже, чем в печени.
Молекулы живых организмов могут образовываться из неорганических веществ.
В начале ХIХ века химики уже выяснили, что многие вещества состоят из молекул, а молекулы, в свою очередь, состоят из атомов (см. Атомная теория строения вещества). Некоторые ученые утверждали, что органические молекулы, найденные в живых организмах, коренным образом отличаются от неорганических молекул неживой природы. Причиной этого было убеждение, что живые существа — это совершенно особая вещь (см. Витализм). Затем обнаружилось, что органические молекулы часто бывают больше и сложнее неорганических, с которыми обычно работали химики. Это укрепило их во мнении, что у живой и неживой материи — разный химический состав.
В 1828 году Фридрих Вёлер раз и навсегда решил этот вопрос, когда синтезировал из обычных «лабораторных» химикатов мочевину — органическое вещество, которое содержится в почках и моче животных. Он рассказывал: «Сколько я ни пытался соединить циановую кислоту и аммиак, всякий раз получалось бесцветное кристаллическое твердое вещество, не похожее по свойствам ни на циановую кислоту, ни на аммиак». Тщательные исследования показали, что «бесцветное кристаллическое твердое вещество» было идентично мочевине, выделенной из тканей животных. С помощью этого эксперимента Вёлер доказал, что органические молекулы могут образовываться теми же способами и из тех же атомов, что и неорганические молекулы. Так был уничтожен еще один искусственный барьер между живой и неживой природой.
Friedrich Wöhler, 1800-82
Немецкий химик. Родился в городе Эшерсхайме близ Франкфурта, в семье ветеринарного врача, который лечил лошадей, принадлежащих правителям города Гессе в Германии. В 1823 году Вёлер получил ученую степень по медицине в Гейдельбергском университете, но затем занялся химией. Провел год в Швеции, сотрудничая с химиком Йенсом Берцелиусом (Jöns Berzelius, 1779-1848), с которым они навсегда остались друзьями. В 1836 году Вёлер получил должность профессора химии в Гёттингенском университете, где и проработал всю жизнь.
С юности Вёлер был страстным коллекционером минералов и много занимался синтезом и извлечением различных минеральных веществ. Некоторое время он изучал органические соединения, но потом решил, что это слишком сложно, и вернулся к неорганической химии. Благодаря Вёлеру Гёттинген превратился в ведущий европейский центр исследований в области химии. Многие выпускники Гёттингенского университета стали преподавателями в различных университетах Европы и Северной Америки. Германия доминировала в области исследовательской химии до 1930-х годов.
