Care se sintetizează în reacții ciclul ornitinei, studiat pentru prima dată în 1932 în celule animale de către N.A. Krebs. și Henseleit K. Se acumulează multă uree în celulele plantelor care au micorize pe rădăcini. Conținut ridicat de uree se găsește în șampile și pufuleți (până la 10-13% greutate uscată).
În experimente, s-a observat că concentrația de uree în celulele plantelor crește odată cu disimilarea substanțelor azotate, atunci când sunt activate procesele de dezaminare a aminoacizilor și a bazelor azotate, precum și atunci când plantele sunt cultivate pe soluții de săruri de amoniu. Ureea nu este toxică pentru celulele vegetale, deoarece este un produs metabolic normal care este ușor de inclus în reacțiile de biosinteză.
Prima etapă în sinteza ureei este formarea unui compus de înaltă energie fosfat de carbamoil din bicarbonat și glutamina, care este sursa grupării amine, sub acțiunea enzimei carbamoilfosfat sintaza(2.7.2.5). Reacția este asociată cu hidroliza a două molecule de ATP și este activată de cationii Mg 2+:
O O COUN
HCO 3 ¯ + C–NH 2 + 2ATP ¾¾® C–O (P) + 2ADP + H 3 PO 4 + CH 2
CH2H2NCH2
| carbamoil- |
CH2fosfat CHNH2
| glutamina
COOH acid glutamic
În etapa următoare, cu participarea enzimei ornitin transcarbamoilază(2.1.3.3) fosfatul de carbamoil reacţionează cu ornitina. Produșii acestei reacții sunt citrulina și fosfatul anorganic:
CH2NH2O CH2NH
CH2іNH2CH2C= O
| + | ¾® | | +H3PO4
CH20 (P) CH2NH2
| carbamoil- |
CHNH 2 fosfat CHNH 2
ornitină citrulină
Astfel, gruparea ureido a citrulinei este formată din gruparea carbonil a bicarbonatului și gruparea amidă a glutaminei, care este sintetizată ca urmare a legării excesului de amoniac.
Apoi, citrulina reacţionează cu acidul aspartic sub acţiunea unei enzime argininosuccinat sintetaza(6.3.4.5). Cationii ATP și Mg 2+ participă la activarea grupului ureido al citrulinei. În timpul acestei reacții se sintetizează acidul argininosuccinic.
CH2NH CH2NH COOH CH2NH COOH
CH2C=O COOH CH2C=N–CH CH2C=NH CH
| | | Mg 2+ | | | | | ||
CH 2 NH 2 + CHNH 2 + ATP ¾® CH 2 NH 2 CH ¾® CH 2 NH 2 + CH
| | ↓ | | | | |
CHNH 2 CH 2 AMP CHNH 2 COOH CHNH 2 COOH
| | N4R2O7 | | fumaric
COOH COOH COOH COOH acid
citrulină aspartică argininosuccinică arginină
acid acid
Apoi acid argininosuccinic cu participarea enzimei argininosuccinat liaza(4.3.2.1) este împărțit în două produse, arginină și acid fumaric. Acesta din urmă, adăugând sub influență o moleculă de amoniac aspartat amoniac liază, se transformă înapoi în acid aspartic, care poate interacționa cu o nouă moleculă de citrulină. Iar arginina din ciclul ornitinei este transformată în ornitină și uree prin clivaj hidrolitic. Această reacție este catalizată de o enzimă arginaza (3.5.3.1):
CH2NH CH2NH2
CH2C+NH CH2
| | + H2O¾® | + CO(NH2)2
CH2NH2CH2 uree
| |
arginină ornitină
Ornitina eliberată în timpul hidrolizei argininei este din nou inclusă în prima reacție a ciclului ornitinei și sinteza ureei poate continua. Schematic, legarea amoniacului în reacțiile ciclului ornitinei poate fi reprezentată sub forma următoarelor transformări:
CH2NH2CH2NH CH2NH CH2NH2
| | \ | \ | N 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
CH2-H2OCH2NH2-H2OCH2NH2CH2/
CHNH 2 CHNH 2 CHNH 2 CHNH 2 uree
COOH COOH COOH COOH
Ornitină citrulină arginină ornitină
La unele plante, legarea excesului de amoniac nu ajunge la formarea ureei; ele prezintă acumulare de produși intermediari ai ciclului ornitinei - citrulină sau arginină. Semințele germinative ale plantelor de conifere și tuberculii de topinambur conțin multă arginină, iar nodulii rădăcinilor de arin, mesteacăn și seva de alun conțin citrulină. La aceste plante, arginina și citrulina par a fi principalele produse ale legării excesului de amoniac și joacă un rol important în metabolismul substanțelor azotate.
10.4. Asimilarea azotului ureic de către plante
cu hrănire foliară.
Produsul final al legării amoniacului în reacțiile ciclului ornitinei - ureea - este foarte ușor inclus în metabolismul substanțelor azotate din plante cu participarea sistemelor enzimatice adecvate. În frunzele și în alte organe ale multor plante, enzima este activă sau poate fi activată de uree ureaza, catalizează descompunerea hidrolitică a ureei în dioxid de carbon și amoniac:
N 2 N
C=O + H2O¾® 2NH3 + CO2
uree
Amoniacul este apoi inclus în sinteza aminoacizilor și amidelor, care pot participa apoi la formarea moleculelor altor substanțe azotate. Enzima ureaza se gaseste in multe plante - castraveti, fasole, porumb, cartofi, rosii, telina.
Cu toate acestea, o serie de plante nu au urază, dar sunt capabile să asimileze ureea aplicată pe suprafața frunzelor sau introdusă în țesutul vegetal în mod exogen, folosind alte sisteme enzimatice. O enzimă izolată din celulele de drojdie și chlorella ATP hidroliza urază(3.5.1.45), capabil să descompună ureea în amoniac și dioxid de carbon în prezența cationilor ATP și Mg 2+:
H 2 N-C-NH 2 + ATP + 2H 2 O ¾¾® 2NH 3 + CO 2 + ADP + H 3 PO 4
În același timp, la studierea asimilării ureei de către frunzele plantelor de cereale, celulele de alge chlorella și răsaduri de leguminoase care nu au urează, s-a remarcat acumularea unei cantități semnificative de arginină și acid argininosuccinic. În același timp, divizarea ureei în amoniac și dioxid de carbon nu a avut loc. Pe baza acestor date, s-a formulat o ipoteză cu privire la inversarea reacțiilor ciclului ornitinei la concentrații mari de uree în celulele vegetale, venită din exterior sub formă de hrănire foliară, injecții sau când este cultivată pe un mediu care conține uree. Sinteza argininei și acidului argininosuccinic, în conformitate cu această ipoteză, poate fi efectuată conform următoarei scheme:
CH2NH2CH2NH fumaric CH2NH COOH
| H2N | \acid | \ |
CH 2 \ CH 2 C= NH CH 2 C= N–CH
| + C=O ¾¾® | | ¾¾® | | |
CH2/↓ CH2NH2CH2NH2CH2
| H2NH2O | | |
CHNH2uree CHNH2CHNH2COOH
ornitină arginină argininosuccinic
Acid
Ca urmare a defalcării acidului argininosuccinic, se pot forma în continuare citrulina și acidul aspartic. În acest caz, citrulina, transformându-se în ornitină, inițiază continuarea inversării reacțiilor ciclului ornitinei, care vizează legarea ureei și formarea argininei, iar acidul aspartic este produsul principal al acestor reacții, care este inclus în continuare în sinteza de aminoacizi, proteine și alte substanțe azotate.
Asimilarea ureei ca urmare a inversării reacțiilor ciclului ornitinei necesită energie metabolică, care este generată prin creșterea respirației observată în timpul unor astfel de procese.
Înțelegerea mecanismelor de absorbție a ureei de către plante este importantă în legătură cu utilizarea sa pe scară largă ca îngrășământ cu azot, care este utilizat atât pentru nutriția rădăcinilor plantelor, cât și sub formă de hrănire foliară.
Hrănirea foliară se realizează cel mai adesea pe grâu și porumb prin pulverizarea plantelor cu o soluție de uree folosind avioane sau, în prezența unei cărări de rulare, cu unități de sol în fazele de formare - începutul coacerii lăptoase a boabelor. Ureea aplicată pe frunze pătrunde rapid în țesuturile acestora și este inclusă în aminoacizi și proteine, crescând astfel acumularea de proteine de rezervă în bob cu 1-3%.
Experimentele noastre folosind uree marcată cu 15 N au arătat că azotul de fertilizare foliară efectuat la începutul formării boabelor de grâu în boabele mature reprezintă de obicei aproximativ 10% din azotul proteic total al boabelor. Rezultă de aici că, ca urmare a hrănirii foliare târzii, până la 10% din masa totală a proteinelor acumulate în boabe poate fi sintetizată în boabele de grâu. În plus, ureea în timpul hrănirii foliare târzie are un efect fiziologic activ asupra plantelor, crescând fluxul de substanțe azotate din frunze în boabele maturate. Sub influența fertilizării cu uree în boabele de grâu, activitatea a-amilazelor și a altor enzime hidrolitice este redusă semnificativ, în urma căreia proprietățile tehnologice ale boabelor sunt îmbunătățite. Datorită utilizării fertilizării foliare cu uree în fazele ulterioare ale dezvoltării plantei, este posibilă creșterea semnificativă a randamentului boabelor de grâu cu un conținut ridicat de gluten.
10.5. Refacerea azotului nitrat la plante.
În majoritatea solurilor, în special în cele cultivate, procesul de nitrificare are loc destul de activ, în timpul căruia forma amonială a azotului formată în sol în timpul descompunerii reziduurilor organice, precum și aplicată sub formă de îngrășăminte, este transformată în nitrați. Prin urmare, majoritatea azotului care intră în plante în timpul alimentației rădăcinilor este reprezentat de nitrați, care sunt foarte ușor absorbiți de plante, fiind incluși în sinteza aminoacizilor. Datorită faptului că azotul se află sub formă de aminoacizi în aminoacizi, azotul nitrat din plante, înainte de a fi inclus în compoziția aminoacizilor, este redus la forma de amoniu folosind sisteme enzimatice speciale.
Reducerea azotului nitrat în azot de amoniu în celulele plantelor, algelor, ciupercilor și bacteriilor se realizează în două etape. În prima etapă, sub acțiunea enzimei nitrat reductaza Nitrații sunt transformați în nitriți, iar apoi nitriți cu participarea unei enzime nitrit reductaza sunt reduse pentru a forma forma amonială a azotului, care este utilizată pentru sinteza aminoacizilor și amidelor. Aceste procese pot fi reprezentate schematic după cum urmează:
5 2ē +3 6ē –3
NO 3 ‾ ¾® NO 2 ‾ ¾® NH 4 +
Nitrat reductazele plantelor superioare, algelor verzi și ciupercilor (1.6.6.1; 1.6.6.2; 1.6.6.3) sunt metaloflavoproteine cu o greutate moleculară de 200-330 mii, incluzând două tipuri de subunități: cele cu grupări flavine (FAD, FMN) si cele care contin coenzima molibden . Donatorul de electroni pentru reducerea azotului azotat la plante este NAD×H, iar la ciuperci este NADP×H. Din dinucleotidele de piridină reduse, electronii și protonii sunt transferați în grupul flavin al nitrat reductazei. Electronii sunt apoi transferați în citocrom V 557
, care servește ca purtător intermediar de electroni în enzimă de la flavină la coenzima molibdenului, iar protonii sunt eliberați și pot interacționa cu anionii de oxigen care se formează în timpul reducerii azotului nitrat.
Coenzima de molibden conține cationi de molibden, legați labil la o grupare aromatică, care este atașată necovalent de partea proteică a enzimei. Cationii de molibden, schimbând în mod reversibil starea de oxidare, sunt capabili să accepte electroni din citocrom V 557 și transferați-le în azot nitrat, care se leagă de locul activ al enzimei. Ca urmare a reducerii azotului, azotatul este transformat în nitrit, iar anionul de oxigen eliberat O2- se combină cu protoni, formând o moleculă de apă. Mecanismul de reducere a nitraților la nitriți sub acțiunea nitrat reductazei poate fi reprezentat ca următoarea schemă:
Procesul general de reducere a nitraților în plante sub acțiunea enzimei nitrat reductazei poate fi exprimat prin următoarea ecuație:
NO 3 ‾ + NAD×H + H + ¾® NO 2 ‾ + NAD + + H 2 O
La bacterii, nitrat reductazele sunt reprezentate de proteine cu greutate moleculară relativ mică (70-180 mii) care nu conțin grupări flavine. Donorul lor de electroni este ferredoxina redusă sau analogii săi. Nitrat reductazele bacteriene sunt strâns asociate cu membranele celulare, în timp ce la plantele superioare, algele verzi și ciupercile aceste enzime sunt localizate în citoplasmă.
La plante, cea mai mare activitate a nitrat reductazei se găsește în țesuturile meristematice. La majoritatea plantelor, cu fotosinteză activă și o cantitate suficientă de carbohidrați, care sunt surse de formare a NAD×H, procesul de reducere a nitraților are loc aproape complet în rădăcini. Cu toate acestea, cu lipsa luminii și temperaturile scăzute, care slăbesc sinteza carbohidraților, precum și excesul de nutriție cu azot, o parte semnificativă a nitraților intră în partea vegetativă a plantei și este redusă în frunze. În același timp, sunt cunoscute plante la care practic nu se detectează activitate de nitrat reductazei în rădăcini. În ele, conversia azotului nitrat în azot de amoniu are loc în principal în frunze. Astfel de plante includ sfecla, bumbacul, pigweed, cocklebur etc.
Nitrat reductaza este o enzimă inductibilă tipică. Activitatea sa crește brusc atunci când nitrații intră în plante datorită inducerii sintezei enzimatice. Când concentrația de nitrați în celulele vegetale scade, sinteza proteinei enzimatice se oprește și activitatea nitrat reductazei scade din nou la nivelul său inițial. Pe lângă nitrați, citochinina și compușii nitro organici pot fi inductori ai sintezei nitrat reductazei, adică este posibilă inducerea sintezei acestei enzime sub influența regulatorilor chimici. În același timp, cationii de amoniu suprimă sinteza nitrat reductazei la plante. Experimentele au arătat că inducerea sintezei de nitrat reductazei în prezența nitraților are loc la lumină, iar pe întuneric crește degradarea acestei enzime.
Activitatea enzimei nitrat reductazei este determinată în mare măsură de prezența agenților oxidanți și reducători în mediul fiziologic. În condiții reducătoare, cea mai mare parte a enzimei active, care se află în formă oxidată, este transferată într-o stare inactivă (redusă), în urma căreia activitatea nitrat reductazei în țesuturile plantelor scade. Acest fenomen, de exemplu, se observă atunci când plantele sunt mutate în întuneric. Cu toate acestea, atunci când plantele sunt iluminate, fotoreactivarea enzimei are loc foarte rapid, adică este transferată dintr-o formă redusă într-o formă oxidată, în urma căreia procesul de reducere a nitraților este activat din nou.
Reducerea nitriților la forma amonială a azotului este catalizată de enzimele nitrit reductază (1.6.6.4.; 1.7.99.3). În plante și alge fotosintetice, aceste enzime sunt proteine cu greutate moleculară relativ mică (60-70 mii), care conțin un centru fier-sulf (4Fe4S) și sirogem(tetrahidroporfirina de fier). Ferredoxina redusă servește ca donor de electroni, astfel încât nitrit reductazele din aceste organisme sunt localizate în cloroplaste.
Ferredoxina transferă electroni în centrul fier-sulf al nitrit reductazei, ceea ce reduce și mai mult sirohemul, care este capabil să transfere electroni la atomii de azot ai nitriților, rezultând adăugarea de protoni la aceștia și formarea formei de amoniu a azotului. Iar anionii de oxigen eliberați O 2-, reacționând cu cationii H +, produc molecule de apă. Transferul de electroni de la ferredoxină redusă la nitriți cu participarea nitrit reductazei poate fi prezentat în următoarea diagramă:
Recuperare Fd ¾® 4Fe4S ¾® sirohem ¾® NO 2 ‾
nitrit reductaza
Ecuația generală pentru procesul de reducere a nitriților sub acțiunea nitrit reductazei poate fi scrisă după cum urmează:
NO 2 ‾ + 6Fd restaurare + 8H + ¾® NH 4 + + 6 Fd oxid. + 2H20
Activitatea catalitică a nitrit reductazei este de 5-20 de ori mai mare decât activitatea nitrat reductazei, astfel încât nitriții, de regulă, nu se acumulează în plante. În rădăcini, activitatea nitrit reductazei este localizată în proplastide, iar dinucleotidele NADP×H reduse servesc ca donatori de electroni pentru reducerea nitriților.
Nitrit reductaze, ca nitrat reductaze, sunt enzime inductibile. Inducerea sintezei lor este cauzată de nitrați, iar reprimarea sintezei este cauzată de cationii de amoniu.
Spre deosebire de nitrit reductazele organismelor fotosintetice, enzimele similare ale bacteriilor și ciupercilor sunt forme cu greutate moleculară mai mare care conțin coenzime flavină. Dinucleotidele reduse NAD×H și NADP×H servesc drept donatori de electroni pentru ele.
Soiurile de plante existente variază foarte mult în ceea ce privește capacitatea lor de a reduce nitrații, care depinde în principal de nivelul activității nitrat reductazei, în timp ce nitrit reductazele sunt enzime mai active catalitic. Nivelul general al activității nitrat reductazei este determinat, pe de o parte, de intensitatea sintezei proteinelor enzimatice și, pe de altă parte, de capacitatea catalitică a enzimei.
Pentru a îmbunătăți sinteza nitrat reductazei în țesuturile plantelor, se efectuează studii genetice moleculare pentru a influența genele de reglare care afectează rata de sinteză a proteinelor enzimatice. În același timp, este în curs de căutare a unor regulatori chimici care sporesc efectul sistemului genetic pentru sinteza enzimei nitrat reductază. Pentru a crește activitatea catalitică a nitrat reductazei în țesuturile plantelor, sunt dezvoltate metode la nivel molecular pentru a introduce în genomul plantei gene din celulele bacteriene care codifică forme moleculare mai active ale nitrat reductazei. În plus, ca urmare a utilizării metodelor de inginerie a proteinelor, se încearcă optimizarea structurii enzimei prin înlocuirea nucleotidelor individuale în genele structurale ale nitrat reductazei, care predetermină sinteza unei proteine modificate cu activitate catalitică crescută.
Scopul unei astfel de lucrări este de a crește eficiența utilizării azotului azotat pentru sinteza substanțelor azotate și, astfel, de a crește productivitatea plantelor. A doua sarcină importantă este reducerea acumulării de nitrați, deoarece aceștia sunt potențial periculoși pentru oameni și animale. Nitrații se reduc foarte ușor la nitriți într-un mod neenzimatic, iar aceștia din urmă interacționează cu hemoglobina, transformând-o într-o formă oxidată - methemoglobină, care nu este capabilă să îndeplinească funcția de transport al oxigenului, în urma căreia oxigenul organismului. aprovizionarea se deteriorează. În plus, nitriții sunt precursori chimici ai nitrozaminelor, care au efecte mutagene și cancerigene.
Sunt cunoscute grupuri de plante care au un nivel natural scăzut de activitate a nitrat reductazei, drept urmare acumulează concentrații mari de nitrați. Aceste specii includ plante din familia dovleacului, spanac, ridichi etc. Cu toate acestea, la majoritatea plantelor, se observă o creștere a conținutului de nitrați în anumite condiții de creștere nefavorabile asociate cu o lipsă de energie luminoasă, temperatură scăzută, o lipsă de fosfor, potasiu. , o serie de microelemente și doze excesive de îngrășăminte cu azot. Prin urmare, au fost stabilite concentrații maxime admise de nitrați pentru fiecare grupă de produse vegetale.
Cu lipsa luminii, procesele de fotosinteză și respirație sunt slăbite, drept urmare rata de formare a dinucleotidelor reduse și a ferredoxinei reduse, care sunt donatori de electroni pentru reducerea nitraților, scade, prin urmare o parte semnificativă a nitraților. rămâne neredusă şi nu este utilizată pentru sinteza substanţelor azotate în plante. Un fenomen similar se observă în condiții de temperatură scăzută, când procesele de biosinteză asociate cu regenerarea donatorilor de electroni pentru sistemul de reducere a nitraților încetinesc, în timp ce fluxul de nitrați în plante continuă, în urma căruia concentrația lor în țesuturile plantelor crește. .
O influență notabilă asupra funcționării sistemului de reducere a nitraților al plantelor este oferită de furnizarea lor de microelemente - molibden, fier, magneziu, mangan, cupru, care servesc ca activatori ai nitrat reductazei, nitrit reductazei și a altor enzime ale metabolismului azotului. Rolul molibdenului, care face parte din coenzima molibden nitrat reductazei, este deosebit de important. Cu o lipsă de molibden și alte oligoelemente, procesul de reducere a nitraților încetinește și acumularea lor are loc în produsele vegetale. O acumulare și mai mare de nitrați în plante se observă atunci când se aplică doze excesive de îngrășăminte cu azot, precum și atunci când aprovizionarea plantelor cu fosfor și potasiu este scăzută, când se formează un randament scăzut, iar în aceste condiții chiar și doze moderate de îngrășămintele cu azot se pot dovedi excesive.
Astfel, pentru a preveni acumularea unor cantități mari de nitrați în plante, este necesară dezvoltarea corectă a tehnologiei de creștere a plantelor, asigurând o nutriție optimă a plantelor cu macro și microelemente. Este deosebit de important să se controleze nivelul de nutriție cu azot atunci când se cultivă legume și culturi furajere.
10.6. Procese biochimice de fixare simbiotică a azotului.
Sunt cunoscute grupuri de plante care, datorită simbiozei cu celulele microbiene, folosesc azotul molecular, care se găsește în cantități mari în atmosfera pământului, pentru a-și sintetiza substanțele azotate. Acest proces în biologie se numește fixare simbiotică a azotului. La aceste plante, în formațiuni structurale speciale pe rădăcini sau frunze, microorganismele simbionte desfășoară activitate vitală: bacterii nodulare, actinomicete, cianobacterii (alge albastru-verzi).
Majoritatea plantelor capabile de fixarea simbiotică a azotului formează excrescențe îngroșate pe rădăcini sau frunze, numite noduli, care conțin celule modificate ale microorganismelor simbionte. Microorganismele simbiotice situate în noduli se hrănesc cu metaboliți vegetali, care se formează din fotoasimilați care intră în noduli, iar produsele lor metabolice, sintetizate prin legarea azotului molecular atmosferic, sunt utilizate de plante pentru noua formare a substanțelor lor azotate.
Noduli formați din actinomicete cresc pe rădăcinile multor plante de arbori și arbuști (arin, cătină, ceară etc.). S-a determinat experimental că plantațiile de arin, datorită fixării simbiotice a azotului, sunt capabile să fixeze până la 100 kg/ha de azot atmosferic în timpul unui sezon de vegetație. Cianobacteriile care fixează azotul molecular se dezvoltă ca simbioți pe rădăcinile unor plante cycade australiene. La unele plante din familiile Rubiaceae și Haloragacee, cianobacteriile formează noduli pe frunze. În câmpurile de orez din țările sudice, se cultivă ferigă de apă Azolla, în frunzele căreia cianobacteriile simbiotice fixatoare de azot desfășoară activitate vitală. Datorită cultivării sale, câmpurile de orez sunt îmbogățite cu azot.
La plantele leguminoase, bacteriile din genul Rhizobium trăiesc în noduli. Cu participarea lor, leguminoasele pot fixa de la 50 la 600 kg/ha de azot molecular pe an, satisfacându-și aproape complet nevoile de nutriție cu azot. În plus, ca urmare a mineralizării reziduurilor de cultură ale acestor culturi, solul este semnificativ îmbogățit cu azot disponibil pentru absorbție de către culturile ulterioare. Mai ales se poate acumula mult azot din cauza fixării simbiotice a azotului în lucernă (300-500 kg/ha), trifoi (200-300 kg/ha), lupin (100-200 kg/ha).
Reducerea azotului molecular la amoniac este catalizată de un complex enzimatic nitrogenaza(1.18.2.1), constând din două proteine. Una dintre ele, cu greutate moleculară mare, reduce direct moleculele de azot. Este un tetramer format din două tipuri de subunități, incluse în mod egal în compoziția proteinei tetramerice (a 2 b 2). Fiecare moleculă de tetramer conține doi atomi de Mo, cu fiecare dintre care trei grupuri 4Fe4S interacționează, formând un centru catalitic. Moleculele de azot se leagă de acesta și suferă o reducere. Componenta proteică a nitrogenazei, care catalizează reducerea azotului molecular, se numește proteină Mo,Fe.
Nitrogenaza conține, de asemenea, o proteină cu greutate moleculară mică constând din două subunități polipeptidice identice. Include clusterul 4Fe4S ca grup activ și îndeplinește funcția de reducere a proteinei Mo, Fe prin transferul de electroni din ferredoxina redusă. Datorită faptului că componenta cu greutate moleculară mică a nitrogenazei conține o grupare fier-sulf, aceasta se numește proteină Fe,S. Trebuie remarcat faptul că transferul de electroni de la proteina Fe,S la proteina Mo,Fe este asociat cu hidroliza ATP. Folosind calcule moleculare, s-a determinat că 4-5 molecule de ATP sunt cheltuite pentru transferul fiecărei perechi de electroni în complexul enzimatic azotatază.
Greutatea moleculară a proteinei Fe,S a nodulilor de leguminoase este de 65 mii, proteina Mo, Fe este de aproximativ 200 mii. Aparent, reducerea azotului are loc în trei etape. În primul rând, o moleculă de azot, care acceptă doi electroni și doi protoni, se transformă într-o diimidă. Apoi se adaugă încă doi electroni și doi protoni la atomii de azot diimid din complexul enzimatic pentru a forma hidrazina. În etapa finală, ca urmare a adăugării a doi electroni și doi protoni, hidrazina este redusă la forma amoniacală de azot, care este eliberată din complexul enzimatic și este folosită în continuare pentru sinteza aminoacizilor.
Atomii de molibden joacă un rol cheie în reducerea moleculelor de azot din situsul activ al nitrogenazei. Secvența reacțiilor de reducere în situsul activ al nitrogenazei poate fi reprezentată ca următoarea diagramă:
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
molecule de azot etapele succesive de reducere
în locul activ al azotului molecular
nitrogenaza
Nitrogenaza, care catalizează fixarea simbiotică a azotului, este localizată în celulele nodulului de pe rădăcinile sau frunzele plantei gazdă.
Procesul de fixare a azotului în nodulii plantelor leguminoase este cel mai bine studiat. Bacteriile din genul Rhizobium pătrund în țesuturile scoarței rădăcinilor unei plante leguminoase și inițiază diviziunea celulară intensivă în ele, ceea ce duce la formarea de îngroșări sub formă de noduli pe rădăcini. Apariția nodulilor este rezultatul unei interacțiuni destul de complexe între plantă și bacteriile nodulare la nivel genetic și molecular.
Inițiatorii acestei interacțiuni sunt plantele leguminoase, care secretă substanțe de natură fenolică - flavonoide specifice - în rizosfera rădăcinilor. Sub influența flavonoidelor din celulele bacteriene se inițiază sinteza așa-numiților factori Nod, care sunt oligozaharide ale 3-6 reziduuri de N-acetilglucozamină conectate printr-un atom de azot la un radical de acid gras nesaturat (specific pentru fiecare specie de plantă). La rândul lor, factorii Nod bacterieni afectează celulele firelor de păr ale unei plante leguminoase, provocând deformarea peretelui celular și a plasmalemei.
Ca urmare a interacțiunii structurilor membranare ale celulelor vegetale și bacteriene, se formează o structură specială - un fir de infecție, care pătrunde în celulele corticale ale cortexului rădăcină și inițiază formarea de membrane acolo care separă celulele bacteriene de citoplasmă. a celulelor vegetale care formează țesutul nodulilor.
Celulele bacteriene din noduli cresc în dimensiune și se transformă în structuri speciale concepute pentru fixarea azotului - bacteriide. Bacteroidele sintetizează sistemele enzimatice nitrogenaza, lanțul de transport de electroni pentru sinteza ATP, enzime care catalizează reacțiile ciclului Krebs, precum și transportă metaboliții plantei în bacteroid și elimină produsele de reducere a azotului molecular din bacteroid în celula plantei. Schema generală a funcționării sistemelor de enzime bacteriide în nodulii de plante leguminoase este prezentată în figură.
La bacterioizi, principala sursă de electroni și energie pentru reducerea azotului molecular o constituie reacțiile ciclului Krebs, substraturile pentru care sunt în principal acizi dicarboxilici (succinic și malic), care pătrund în bacteroid din citoplasma celulei vegetale. Substraturile indicate care hrănesc bacteroidul se formează în celulele nodulului din fotoasimilați de plante conform mecanismelor cunoscute de noi în conformitate cu următoarea schemă:
În plus, acidul fosfoenolpiruvic sub influența fosfo-enolpiruvat carboxilază se transformă în acid oxaloacetic, care, cu participarea malat dehidrogenază se reduce apoi la acid malic:
CH2CH2-COOH CH2-COOH
CO(P) + CO 2 + H 2 O ¾® CO-COOH ¾¾¾® CHOH-COOH
| ↓ acid oxalic - NAD×H + H + acid malic
COOH H 3 PO 4 acid sulfuric ↘
fosfoenol-NAD+
acid piruvic
Enzimele care catalizează conversia acidului malic în acid succinic sunt, de asemenea, localizate în membrana din jurul bacteriei.
În timpul reacțiilor ciclului Krebs care au loc în bacteroid, se sintetizează dinucleotidele reduse NAD×H și FAD×H 2, care servesc drept donatori de electroni pentru lanțul de transport de electroni al sistemului de fosforilare oxidativă, care asigură sinteza ATP de către același mecanism ca în mitocondrii. În același timp, electronii sunt îndepărtați din lanțul de transport de electroni al sistemului de fosforilare oxidativă prin ferredoxină către proteinele Fe,S ale nitrogenazei, care, cuplate cu hidroliza ATP, îi transferă în grupele active ale proteinelor Mo,Fe.
Unii dintre metaboliții vegetali care intră în bacterii sunt transformați în poliester al acidului b-hidroxibutiric, care servește ca substanță de rezervă în celulele bacteriene și bacterii noduli. Acidul poli-b-hidroxibutiric se depune în granule speciale și conținutul său variază în funcție de procesul de fixare a azotului. Pe măsură ce fixarea azotului crește, conținutul de poliester al acidului b-hidroxibutiric din noduli scade, iar atunci când acest proces slăbește, se acumulează.
Datorită faptului că nitrogenaza este inactivată de oxigen, celula bacterioide este protejată de pătrunderea acesteia de către membrana exterioară. Cu toate acestea, în sistemul de fosforilare oxidativă, acceptorul final de electroni este oxigenul, care este introdus în bacteroid într-o stare legată de o proteină specială. leghemoglobina. Leghemoglobinele sunt hemoproteine cu o greutate moleculară de 15-16 mii, care sunt sintetizate de celulele plantei gazdă. Ca și hemoglobina din sângele uman și animal, leghemoglobina conține o grupare activă sub formă de protohem, de care se leagă oxigenul molecular, formând oxilehemoglobina. În această formă, oxigenul este transportat prin membrana bacteroidă și transferat în centrul activ al oxidazei terminale a lanțului de transport de electroni al bacteroidului, unde oxigenul acceptă electroni.
În plus față de moleculele de azot, complexul de enzime nitrogenază reduce simultan și cationii de hidrogen în hidrogen molecular în conformitate cu reacția: 2H + + 2ē ¾® H 2. Prin urmare, împreună cu amoniacul, produsul acțiunii nitrogenazei este și hidrogenul molecular, în timpul oxidării căruia în unele tulpini de bacterii nodulare are loc o sinteză suplimentară de ATP, necesară pentru fixarea azotului. Oxidarea hidrogenului este catalizată de o enzimă hidrogenază. Experimentele au arătat că tulpinile de bacterii nodulare capabile să sintetizeze hidrogenazei asigură o fixare mai intensă a azotului molecular, ca urmare a creșterii productivității plantelor leguminoase infectate cu aceste tipuri de bacterii nodulare.
Pentru a hrăni bacteroidul cu substraturi ale ciclului Krebs, se folosește nu numai CO 2 fixat în timpul fotosintezei, ci și dioxid de carbon care pătrunde în noduli din sol sau este eliberat ca produs al respirației în celulele nodulului. Fixarea non-fotosintetică a CO 2 în celulele nodulului vegetal este catalizată de enzima fosfopiruvat carboxilază cu formarea acidului oxaloacetic. Apoi acidul oxaloacetic, conform mecanismelor deja cunoscute nouă, este transformat în acizi malic și succinic. Datorită fixării heterotrofice a CO 2, până la 25% din carbonul conținut în substraturile ciclului Krebs intră în bacterii.
Produsul reducerii moleculare a azotului din bacterii - amoniacul - este transportat de la bacteroid în citoplasma celulelor nodulului vegetal sub formă de cationi de amoniu sau alanină, care este sintetizat de alanin dehidrogenaza bacteriilor din acidul piruvic de origine vegetală care intră în bacterii. Enzima glutamin sintetaza, care catalizează sinteza glutaminei, este localizată în citoplasma celulelor nodulului vegetal, iar glutamat sintetaza, cu participarea căreia sunt sintetizate moleculele de acid glutamic, este localizată în plastide. Sub influența acestor enzime, precum și a aminotransferazelor, în noduli sunt sintetizate forme de transport ale substanțelor azotate - glutamina și asparagina, care sunt apoi transportate prin sistemul de transport al plantelor către alte organe. La unele leguminoase (soia, fasole, cowpeas), formele de transport ale azotului sunt alantoina și acidul alantoic, care sunt produse ale metabolismului nucleotidelor (vezi pagina...). Astfel, plantele leguminoase cu noduli activi își îndeplinesc aproape complet nevoile de forme reduse de azot datorită fixării simbiotice a azotului. Diagrama generală a proceselor biochimice care au loc în bacterii este prezentată în Figura 40.
Eficiența fixării azotului în nodulii plantelor leguminoase este strâns legată de intensitatea fotosintezei. Factorii care influențează procesele de fotoasimilare afectează în mod corespunzător rata de absorbție a azotului molecular de către plante. Fixarea simbiotică a azotului la leguminoase este redusă semnificativ mai ales atunci când acestea sunt insuficient hrănite cu molibden și cobalt. După cum știm deja, molibdenul face parte din grupul activ al proteinei nitrogenazei Mo,Fe, iar cobaltul activează enzimele din nodulii care au forme coenzimatice ale vitaminei B12 ca coenzime.
Cianobacteriile prezintă diferite forme de simbioză în funcție de planta gazdă. De exemplu, cianobacteriile din genul Nostoc, în simbioză cu feriga acvatică Azolla, pătrund în cavitățile frunzelor, cresc în dimensiune și devin acoperite cu o coajă densă, transformându-se în structuri capabile de fixarea azotului - heterochisturi. Azotul redus sub formă de amoniu este transportat în celulele frunzelor care înconjoară heterochisturile și este inclus în metabolismul substanțelor azotate din plantă.
Cianobacteriile din aceeași specie sunt, de asemenea, capabile de simbioză cu plantele cu flori din genul Gunnera. Ele pătrund prin glande speciale de la baza pețiolelor frunzelor în cavitatea internă a frunzelor și infectează celulele plantelor. În interiorul celulelor vegetale, cianobacteriile se transformă în heterochisturi capabili să fixeze azotul molecular atmosferic, transformându-l în formă de amoniu, care este transportat în citoplasma celulelor vegetale infectate și inclus în compoziția de aminoacizi și amide, oferind astfel plantei forme reduse. de azot.
Pe lângă fixatorii de azot simbiotici, azotul molecular atmosferic este absorbit și de unele microorganisme care trăiesc liber. Acestea includ bacterii aerobe din genurile Azotobacter și Beiyerinckia, bacterii anaerobe din genul Clostridium, anumite specii de cianobacterii și bacterii fotosintetice. Contribuția lor la îmbogățirea solului cu azot legat biologic este mai puțin semnificativă în comparație cu microorganismele simbiotice; în condiții favorabile, fixarea anuală a azotului a acestora poate ajunge la 30-40 kg/ha.
Pentru fixatorii anaerobi de azot, sursa de energie și electroni pentru reducerea azotului molecular sunt procesele de fermentație, pentru formele aerobe - procesul de respirație aerobă, pentru bacteriile fotosintetice - produsele de fotosinteză. Toate acestea sunt capabile să sintetizeze complexul enzimatic nitrogenaza, care catalizează reducerea moleculelor de azot la forma de amoniac în celulele lor. Donatorul de electroni pentru nitrogenază este ferredoxina bacteriană și analogii săi moleculari. Unele specii de fixatori de azot non-simbiotici (Azotobacter, Beiyerinckia, Azospirillium, Flavobacterium) trăiesc la suprafața rădăcinilor plantelor, deoarece secrețiile lor radiculare sunt folosite ca produse energetice. Cianobacteriile din genul Tolypothrix au o contribuție semnificativă la îmbogățirea câmpurilor de orez cu azot datorită fixării azotului.
Pe lângă elucidarea mecanismelor biochimice ale procesului de fixare a azotului în microorganismele cu viață liberă și simbiotice, sunt efectuate și studii genetice moleculare care vizează sistemul de reglementare al sintezei enzimelor de fixare a azotului. Scopul unei astfel de lucrări este de a îmbunătăți sinteza azotazei și a altor enzime implicate în reducerea și legarea azotului molecular și, astfel, creșterea eficienței fixării biologice a azotului atmosferic și a utilizării acestuia de către plantele agricole. În plus, sunt dezvoltate abordări moleculare pentru a transfera genele de fixare a azotului de la celulele microbiene la genotipurile plantelor. Acest lucru este valabil mai ales pentru cereale, care ocupă o pondere mare în rândul culturilor cultivate. Folosind metode de inginerie genetică, diferite laboratoare încearcă să creeze genotipuri de plante de cereale care, ca și leguminoasele, ar fi capabile să asimileze azotul molecular conținut în atmosfera pământului.
Întrebări de revizuire:
1. Care este mecanismul de aminare reductivă a cetoacizilor formați în reacțiile de respirație? 2. Ce reacții sunt catalizate de enzimele glutamat sintaza și aspartat amoniac liaza? 3. Care este semnificația reacțiilor de transaminare în sinteza și transformările aminoacizilor? 4. Ce produse se formează în reacțiile ciclului ornitinei? 5. Cum se produce descompunerea aminoacizilor și transformarea produselor de descompunere a acestora? 6. În timpul ce reacții biochimice se realizează legarea excesului de amoniac în țesuturile plantelor? 7. Care sunt mecanismele asimilării azotului ureic de către plante în timpul hrănirii foliare? 8. Cum este restabilită forma nitrat a azotului în plante? 9. În ce condiții are loc acumularea de nitrați în țesuturile plantelor? 10. Cum se realizează sinteza aminoacizilor în timpul fixării simbiotice a azotului? 11. Ce procese biochimice au loc la bacterioizii nodulilor de plante leguminoase?
Sarcini de testare pentru prelegere.
Testele Nr. 193-252.
Curs 8. Acizi nucleici, sinteza si descompunerea proteinelor.
Adnotare. Sunt luate în considerare compoziția, structura și rolul genetic al acizilor nucleici. Sunt prezentate principiile transmiterii informației genetice în timpul proceselor de replicare, transcripție și traducere ADN-ului. Sunt studiate mecanismele de sinteză și defalcare a proteinelor și nucleotidelor, precum și a enzimelor care catalizează aceste procese.
Cuvinte cheie: acid dezoxiribonucleic (ADN), acizi ribonuclinici (ARN), ARN ribozomal, ARN mesager, ARN de transfer, regulile lui Chargaff, structura complementară a ADN-ului, dublă helix ADN, nucleozomi, cod genetic, codoni, replicare ADN, ADN polimeraze, ARN polimeraze, ADN primaze, ADN ligaze, furculiță de replicare, promotori, transcripție, terminatori, represori ai transcripției, introni, exoni, procesare, splicing, traducere, codon de inițiere, codoni stop, poliribozomi, ribonucletide reductaze, ribonucleaze, dezoxiribonucleaze, nucleotidaze, xantin oxidaze, proteinaze, peptidaze.
Probleme acoperite:
Structura și funcțiile acizilor nucleici.
Cod genetic.
sinteza ADN-ului.
sinteza ARN.
Sinteza proteinelor și nucleotidelor.
Procese de degradare a acizilor nucleici, nucleotidelor și proteinelor.
10.7. Structura și funcțiile acizilor nucleici.
Acizii nucleici sunt polimeri biologici ale căror molecule sunt construite din nucleotide. Aceste substanțe au fost descoperite de F. Miescher în 1869, care le-a izolat din nucleele celulelor leucocitare și de aceea le-a numit nucleină (nucleu în greacă). Deoarece au proprietăți acide, compușii chimici recent descoperiți au devenit ulterior cunoscuți ca acizi nucleici. Multă vreme, acizilor nucleici li s-a atribuit un rol secundar în viața organismelor. Și abia în 1940-1950. s-a demonstrat că acești compuși chimici sunt responsabili de ereditate și de implementarea proprietăților genetice în toate organismele vii.
În funcție de compoziția și structura moleculelor de nucleotide care le formează, se disting două tipuri de acizi nucleici: acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). Moleculele de ADN sunt formate din deoxiribonucleotide, în principal de patru tipuri - acid deoxiadenilic (dAMP), acid deoxiguanilic (dGMP), acid deoxicitidilic (dCMP) și acid deoxitimidilic (dTMP). Moleculele de ARN sunt sintetizate din ribonucleotide - acid adenilic (AMP), acid guanilic (GMP), acid citidilic (CMP) și acid uridilic (UMP). Pe lângă nucleotidele indicate, acizii nucleici conțin și alte nucleotide în cantități mici (vezi pagina...).
Mulțumesc
Site-ul oferă informații de referință doar în scop informativ. Diagnosticul și tratamentul bolilor trebuie efectuate sub supravegherea unui specialist. Toate medicamentele au contraindicații. Este necesară consultarea unui specialist!
Ce este ureea?
Uree este un compus chimic care apare în organism ca urmare a defalcării proteinelor. Aceste transformări au loc în mai multe etape, iar ureea este produsul final. În mod normal, se formează în ficat, de acolo este trimis în sânge și excretat prin rinichi prin procesul de filtrare. Ureea în sine nu are o semnificație serioasă pentru organism. Nu îndeplinește nicio funcție în sânge sau în organele interne. Acest compus este necesar pentru îndepărtarea în siguranță a azotului din organism.
În mod normal, cea mai mare concentrație de uree se observă în sânge și urină. Aici se determină prin metode de laborator din motive medicale sau în timpul unei examinări preventive.
Din punct de vedere diagnostic, ureea este un indicator important care poate indica o serie de anomalii în organism. Nivelul de uree indică indirect funcționarea rinichilor și a ficatului. Atunci când este combinat cu alte teste de sânge și teste de urină, aceasta oferă informații de diagnostic extrem de valoroase. Multe protocoale de tratament și standarde general acceptate se bazează pe rezultatele testării ureei.
Cum are loc biosinteza? educaţie) și hidroliza ( descompunere) uree în organism?
Formarea ureei are loc în organism în mai multe etape. Cei mai mulți dintre ei ( inclusiv sinteza ureei în sine) apare la nivelul ficatului. Descompunerea ureei în mod normal nu are loc în organism sau are loc în cantități mici și nu are valoare diagnostică.Procesul de formare a ureei din proteine trece prin următoarele etape:
- Proteinele se descompun în substanțe mai simple - aminoacizi care conțin azot.
- Descompunerea aminoacizilor duce la formarea de compuși toxici de azot care trebuie eliminați din organism. Volumul principal al acestor substanțe este excretat prin urină. Majoritatea azotului se duce la formarea ureei, puțin mai puțin - la formarea creatininei și o mică parte - la formarea sărurilor, care sunt, de asemenea, excretate în urină.
- În ficat, ureea se formează ca urmare a transformărilor biochimice ( ciclul ornitinei). De aici intră în sânge și circulă în organism de ceva timp.
- Pe măsură ce sângele trece prin rinichi, substanțele nocive sunt reținute și concentrate prin procesul de filtrare. Rezultatul acestei filtrări este urina secundară, care este eliminată din organism în timpul urinării.
Prin ce diferă ureea de acidul uric?
Ureea și acidul uric sunt două substanțe diferite care se găsesc în corpul uman. Ureea este un produs de descompunere a proteinelor, aminoacizilor și a unui număr de alți compuși. În mod normal, circulă în sânge ( Mică parte) și se excretă prin urină. Acidul uric se formează ca urmare a descompunerii bazelor purinice. Acest proces are loc în principal în creier, ficat și sânge. Are ca scop neutralizarea amoniacului ( compus de azot toxic). Acidul uric poate fi excretat din organism în cantități mici prin transpirație și urină.Dacă acumularea de uree în organism nu reprezintă în sine un pericol grav ( indica doar diferite boli), apoi acidul uric se poate acumula în diferite țesuturi sub formă de săruri. Cea mai gravă patologie asociată cu tulburările metabolismului acidului uric este guta.
Ce arată nivelul de uree din sânge și urină?
În mod normal, concentrația de uree în sânge și urină este afectată de activitatea ficatului și a rinichilor. Astfel, abaterile concentrației sale de la normă pot fi analizate pentru a diagnostica diferite patologii ale acestor organe. Pentru a obține informații mai complete, se iau în considerare și rezultatele testelor biochimice pentru alte substanțe.În termeni generali, abaterile nivelului de uree pot fi interpretate după cum urmează:
- Scăderea nivelului de uree în sânge. Această abatere poate apărea în timpul postului și a unei alimentații sărace în proteine. Dacă nu există motive evidente, trebuie suspectate diferite patologii hepatice. Adică, în organism, descompunerea proteinelor are loc în mod obișnuit, dar din anumite motive ficatul nu neutralizează amoniacul, transformându-l în uree.
- Creșterea nivelului de uree în sânge. O ușoară creștere în combinație cu un nivel crescut de uree în urină poate fi considerată normală. În organism are loc o descompunere accelerată a proteinelor și, ca urmare, se formează mai multă uree. Dacă concentrația este crescută de mai multe ori, aceasta indică de obicei o boală renală gravă. Sângele este slab filtrat și o parte semnificativă a ureei este reținută în organism.
- Scăderea nivelului de uree în urină.În mod normal, rinichii excretă o cantitate relativ stabilă de uree pe zi din organism. Dacă nivelul de uree din sânge este crescut și nivelul din urină este scăzut, acest lucru indică faptul că rinichii nu își îndeplinesc bine funcțiile. Sângele este mai puțin bine filtrat, iar substanțele toxice pot fi reținute în organism. Această abatere apare cel mai adesea în diferite boli de rinichi, dar poate indica și o serie de tulburări metabolice sau unele patologii sistemice ( de exemplu, multe boli autoimune pot deteriora aparatul de filtrare al rinichilor).
- Nivel crescut de uree în urină. Această abatere este aproape întotdeauna asociată cu un nivel crescut de uree în sânge. Descompunere crescută a proteinelor ( din diferite motive) duce la formarea accelerată a ureei. Rinichii sănătoși fac față de obicei acestei probleme și încep să excrete această substanță în urină mai repede.
Ce organe influențează formarea ureei ( ficat, rinichi etc.)?
Ureea, la fel ca multe alte substanțe chimice din corpul uman, se formează în ficat. Este acest organ care combină multe funcții, inclusiv neutralizarea anumitor produse metabolice. În timpul funcționării normale a ficatului, compușii azotați toxici sunt transformați în uree și eliberați în sânge.Al doilea organ care afectează nivelul ureei sunt rinichii. Acesta este un fel de aparat de filtrare a corpului care curăță sângele de substanțe inutile și dăunătoare. În timpul funcției normale a rinichilor, cea mai mare parte a ureei este excretată din organism prin urină.
Alte organe pot influența indirect rata de formare și excreție a ureei din organism. De exemplu, glanda tiroidă, care produce prea mulți hormoni ( hipertiroidism), stimulează descompunerea proteinelor, motiv pentru care ficatul trebuie să-și transforme rapid produsele de descompunere în uree. Cu toate acestea, ficatul și rinichii sunt cei care influențează direct nivelul acestei substanțe în sânge.
Care este rolul și funcția ureei în corpul uman?
Ureea nu îndeplinește nicio funcție în corpul uman. Este un excipient, un produs de descompunere a proteinelor și aminoacizilor, care poate fi ușor excretat din organism. Acesta este un fel de formă de transport pentru substanțele care nu mai sunt necesare. În plus, formarea ureei de către ficat salvează organismul de acumularea de substanțe toxice ( amoniac etc.). Astfel, rolul principal al ureei în organism este eliminarea produșilor metabolici ai azotului.Cum sunt eliminate ureea și alte produse metabolice din organism?
Ureea este principalul produs al metabolismului azotului ( proteine, aminoacizi etc.). În mod normal, este eliminat din organism în mai multe etape. Ureea sintetizată în ficat circulă în sânge pentru o perioadă de timp și apoi intră în rinichi. Aici trece prin membrana de filtrare și este reținută în urina primară. O serie de substanțe utile organismului și cea mai mare parte a apei sunt apoi absorbite înapoi prin procesul de reabsorbție ( în tubii renali). O mică parte de uree se poate întoarce, de asemenea, în fluxul sanguin. Cu toate acestea, cea mai mare parte intră în pelvisul renal ca parte a urinei secundare.Odată cu urina, ureea trece prin uretere în vezică, de unde este excretată din organism în timpul urinării. La fiecare etapă de eliberare a ureei pot apărea diverse tulburări care vor duce la reținerea acestei substanțe în organism.
Există următoarele tipuri de azotemie ( reținerea ureei și a altor compuși ai azotului):
- suprarenale. Acest tip este cauzat de formarea excesivă a ureei și a altor produse ale metabolismului azotului. Rinichii functioneaza normal, dar nu au timp sa elimine toate aceste substante din organism intr-un timp scurt.
- Renal.În acest caz, ureea este reținută datorită faptului că rinichii nu mai filtrează sângele în mod normal. Cu acest tip de azotemie, nivelurile de uree pot atinge cele mai mari valori ( 100 mmol/l sau mai mult).
- Subrenale. Acest tip de azotemie apare rar și este asociat cu dificultăți în excreția urinei secundare. Adică, ureea a fost deja filtrată din sângele rinichilor, dar din cauza obstrucțiilor mecanice din pelvisul renal, ureterul sau părțile inferioare ale sistemului genito-urinar, urina nu este excretată în mod normal. Când sunt întârziate, unele dintre substanțele din acesta sunt absorbite înapoi în sânge.
Cauzele nivelurilor ridicate și scăzute de uree
Concentrația de uree în sânge poate crește sau scădea în mai multe moduri. În acest caz, sunt implicate diferite mecanisme, pentru care sunt responsabile diferite organe și sisteme. Un test de uree presupune evaluarea funcționării acestor organe. Uneori poate fi dificil de recunoscut cauza și mecanismul creșterii nivelului de uree. Pentru a face acest lucru, medicii prescriu de obicei teste de diagnostic suplimentare.
Următoarele mecanisme și factori pot influența creșterea nivelului de uree în sânge:
- Concentrația proteinelor din sânge ( creșterea formării de uree). Nivelul proteinelor din sânge afectează parțial rata de descompunere a acestora. Cu cât proteinele se descompun, cu atât se formează mai multă uree în ficat și cu atât intră mai mult în sânge. De exemplu, după operații, răni sau arsuri, un număr mare de celule mor și multe produse de degradare intră în sânge ( inclusiv proteine).
- Cura de slabire. O cantitate semnificativă de proteine intră în organism cu alimente. Cu cât dieta este mai bogată în proteine, cu atât vor fi mai multe proteine în sânge. Cu toate acestea, acest mecanism nu are un efect atât de mare asupra concentrației de uree în sânge sau urină.
- Volumul sanguin circulant. Ca urmare a proceselor fiziologice sau patologice, volumul de sânge din corpul uman se poate modifica. De exemplu, sângerarea masivă, diareea sau febra prelungită reduc volumul sanguin, în timp ce numeroase IV, aportul crescut de lichide sau anumite boli îl măresc. O modificare a volumului de sânge circulant afectează concentrația de uree în sânge sau urină datorită diluției sale, dar cantitatea acesteia ( ca substante) nu se schimba.
- Starea ficatului. Ureea se formează în ficat din produse de degradare a proteinelor ( compuși ai azotului) în timpul funcționării normale a acestui organ. Diverse boli hepatice duc la faptul că celulele sale își îndeplinesc funcțiile mai rău. Din această cauză, formarea de uree poate scădea, iar alte substanțe toxice se vor acumula în sânge.
- Starea rinichilor ( eliminarea ureei din organism). Ureea, care se formează în ficat, circulă în sânge de ceva timp, după care este excretată de rinichi în urină. În unele boli de rinichi, procesul de filtrare poate fi mai lent, iar nivelul de uree din sânge va crește, chiar dacă se formează într-un ritm normal și în cantități normale.
- Alti factori. Multe enzime diferite, celule și receptorii lor sunt responsabile pentru metabolismul proteinelor, formarea ureei și eliminarea acesteia din organism. Există multe boli diferite ( de obicei rare), care afectează anumite verigi din lanțul metabolic al proteinelor. Unele dintre aceste boli sunt genetice și greu de tratat.
De ce crește ureea unui copil?
O creștere a nivelului de uree la un copil poate fi asociată cu diferite patologii. Boala renală gravă la copii este relativ rară. Cea mai frecventă cauză este diferitele boli infecțioase din copilărie și vârsta adultă ( intestinale, respiratorii etc.). În cele mai multe cazuri, acestea sunt însoțite de o creștere a temperaturii, care afectează concentrația de uree în sânge.Pe lângă bolile infecțioase, sunt posibile următoarele cauze ale creșterii nivelului de uree în sânge:
- intoxicații alimentare cu vărsături abundente sau diaree;
- leziuni ( mai ales arsuri);
- post prelungit;
- Diabet ( la copii, de regulă, congenital);
- o serie de boli ale glandelor endocrine ( patologii endocrine).
De obicei, nu este posibil să se determine în mod independent cauza creșterii ureei la copii. Rezultatele analizei trebuie interpretate de un medic pediatru, care va evalua starea generală a copilului și va ține cont de rezultatele altor teste de laborator.
Reducerea ureei la copii apare de obicei în cazul hepatitei ( inflamația țesutului hepatic) de diverse origini.
De ce crește sau scade ureea în timpul sarcinii?
În mod normal, în timpul sarcinii, conținutul de uree din sânge scade. Acest lucru se explică prin faptul că corpul unei femei sintetizează intens proteine noi necesare unui organism în creștere. Descompunerea proteinelor încetinește și se formează mai puțină uree. Cu o funcție normală a rinichilor, este rapid eliminat din organism prin urină și nu rămâne în sânge.O creștere a nivelului de uree în timpul sarcinii indică cel mai adesea dezvoltarea unor procese patologice. De exemplu, cu nefropatia la femeile însărcinate, filtrarea renală se înrăutățește și ureea începe să se acumuleze în sânge ( in acelasi timp va fi redus in urina). În plus, sarcina poate provoca o exacerbare a diferitelor patologii cronice; sunt posibile tulburări metabolice sau dezechilibre hormonale, care afectează adesea funcționarea rinichilor. Dacă în timpul sarcinii o analiză biochimică relevă o concentrație crescută de uree în sânge, este necesară consultarea unui specialist și examinări suplimentare.
Consumul de apă și alte lichide afectează concentrația de uree?
Aportul excesiv sau insuficient de lichide are un efect cert asupra rezultatelor aproape tuturor testelor de laborator. Faptul este că consumul crescut de apă, într-un fel sau altul, duce la o creștere a volumului sângelui circulant. Astfel, concentrația de substanțe va fi redusă. Pentru analiză, se ia un volum standard de sânge, dar o parte semnificativă va fi apă. Consumul de cantități mari de lichid va duce la o scădere ușoară a concentrației de uree, iar deshidratarea va duce la o creștere. Aceste abateri nu vă vor afecta sănătatea, deoarece cantitatea de uree în ambele cazuri este aceeași. Se dezintegrează și se excretă în mod normal. Se modifică doar volumul de sânge în care este dizolvat.Dieta afectează nivelul de uree din plasmă, ser, sânge și urină?
Dieta și alimentele consumate pot afecta parțial concentrația de uree în sânge și urină. O dietă bogată în proteine face ca această proteină să înceapă să se descompună. Ureea este un produs al acestei defalcări și se formează mai mult. O dietă vegetariană cu aport redus de proteine reduce nivelul de uree. Cu toate acestea, alimentația duce de obicei la abateri minore de la normă. De exemplu, dacă o persoană mănâncă multă carne timp de câteva zile înainte de a dona sânge pentru analiză, concentrația de uree va fi la limita superioară a normalului sau ușor crescută. Abateri semnificative ( depășind norma de 2-3 ori sau mai mult) apar numai în prezența proceselor patologice.Se găsește ureea în lapte și alte alimente?
Ureea este unul dintre deșeurile organismelor vii, dar în mod normal este excretată în mod natural prin urină. Această substanță nu poate pătrunde în produsele alimentare. Chiar dacă produsul este contaminat, acesta nu îi afectează valoarea nutritivă și nu reprezintă un pericol pentru organism.Nivelul de uree din sânge poate fi afectat de alimentele care conțin multe proteine și alte substanțe azotate. Adică, după consumul acestor produse, în organism se formează mai multă uree, iar concentrația acesteia în sânge crește.
Cantități semnificative de proteine se găsesc în următoarele alimente:
- carne;
- Peste si fructe de mare ( crustacee, conserve de pește, unele alge etc.);
- brânzeturi;
- brânză de vaci etc.
Excesul de greutate vă afectează nivelul de uree?
Nu există o relație directă între excesul de greutate și concentrația de uree în sânge sau urină. Cantități excesive de uree pot apărea în cazurile în care excesul de greutate este cauzat de o serie de boli. De exemplu, unii pacienți cu diabet au tulburări metabolice. Acest lucru poate afecta metabolismul proteinelor, funcția rinichilor și acumularea treptată a excesului de greutate. Există și alte patologii care provoacă simultan excesul de greutate și creșterea nivelului de uree. În fiecare caz specific, ar trebui să contactați un specialist care va determina cauza principală a acestor încălcări.Ce boli provoacă creșterea nivelului de uree?
Există multe patologii diferite care pot duce la creșterea nivelului de uree în sânge și urină. Cel mai adesea acestea sunt boli de rinichi sau diferite tulburări metabolice. Cea mai pronunțată creștere se observă în patologiile care provoacă insuficiență renală.Nivelul de uree din sânge poate fi crescut în următoarele boli și afecțiuni patologice:
- insuficiență renală acută și cronică;
- unele tumori ale sistemului genito-urinar;
- pietre la rinichi ( pietre la rinichi);
- tensiune arterială ridicată sau scăzută ( inclusiv pentru o serie de boli cardiace);
- sângerare;
- o serie de boli inflamatorii ale rinichilor;
- o serie de boli infecțioase severe ( febre hemoragice tropicale etc.);
- arsuri ( suprafata deosebit de mare);
- răni cu afectare a unui volum mare de țesut;
- otrăvire cu anumite toxine ( mercur, cloroform, fenol etc.);
- deshidratare severă;
- perioada postoperatorie;
- unele tipuri de cancer;
- luând o serie de medicamente farmacologice ( sulfonamide, tetraciclină, gentamicină - din antibiotice, precum și furosemid și lasix).
Ureea este un criteriu de diagnostic important numai pentru bolile de ficat și rinichi. În acest caz, pe baza nivelului său, se pot trage concluzii indirecte despre severitatea bolii și se pot alege tactici de tratament ( de exemplu, în insuficiența renală).
O creștere a nivelului de uree în urină apare cel mai adesea simultan cu creșterea acesteia în sânge. Organismul încearcă să scape de toxine în acest fel. Cu toate acestea, există o serie de patologii care cresc secreția de uree.
O concentrație mare de uree în urină poate fi observată în următoarele boli:
- unele anemii pernicioase;
- febră prelungită;
- luând tiroxină ( hormonul tiroidian);
- boli ale glandei tiroide care duc la tireotoxicoză ( secreție excesivă de tiroxină).
norma ureei ( la bărbați, femei și copii)
Analiza ureei este efectuată pentru a diagnostica diferite boli ale organelor interne. Pentru a determina anomalii, medicii stabilesc mai întâi limitele normale pentru fiecare pacient. Ele sunt influențate în principal de vârsta pacientului ( la adulți, copii de diferite vârste și vârstnici, conceptul de normal va fi diferit). Acest lucru este influențat într-o măsură mai mică de sexul pacientului. Există următoarele limite normale pentru concentrația de uree în sânge la diferite vârste:
- la nou-născuți 1,4 – 4,3 mmol/l ( pentru copiii născuți prematur, există reguli);
- la copiii sub 3 ani norma este de 1,8 – 6,4 mmol/l;
- la copii sub 10 ani – 2,0 – 6,8 mmol/l;
- la adolescenți și adulți – 2,5 – 8,3 mmol/l;
- la persoanele în vârstă aproximativ 3,5 – 9,3 mmol/l ( depinde de vârsta și starea funcțională a rinichilor, care se agravează în timp).
Pentru excreția ureei în urină la diferite vârste, există următoarele limite normale:
- prima săptămână de viață – 2,5 – 33 mmol/zi;
- 1 săptămână – 1 lună – 10 – 17 mmol/zi;
- până la 1 an – 33 – 67 mmol/zi;
- până la 2 ani – 67 – 133 mmol/zi;
- până la 8 ani – 133 – 200 mmol/zi;
- până la 15 ani – 200 – 300 mmol/zi;
- la adulți – 333 – 587 mmol/zi.
De ce nivelul de uree diferă între adulți și copiii de diferite vârste?
Nivelurile normale de uree din sânge și urină variază în funcție de vârsta pacientului. Acest lucru se explică prin faptul că metabolismul poate avea loc la viteze diferite. La un copil sănătos se întâmplă mai repede pe măsură ce corpul crește și se dezvoltă. La bătrânețe, metabolismul încetinește. Aceasta explică diferitele limite normale pentru pacienții de diferite vârste.Cele mai semnificative diferențe se observă la copiii mici, deoarece în primii ani de viață organismul suferă modificări serioase. În plus, cantitatea de proteine consumată variază, iar volumul sângelui circulant crește treptat. Toate acestea afectează concentrația de uree în sânge și urină și, în consecință, rezultatele testelor. Limite normale diferite la vârste diferite există nu numai pentru uree, ci și pentru majoritatea celorlalte substanțe din sânge și urină.
Concentrația de uree în sânge
Concentrația de uree în sânge depinde de mai mulți factori. În primul rând, acest lucru este afectat de descompunerea proteinelor în organism, deoarece ureea este produsul său final. În al doilea rând, activitatea ficatului, în care această substanță este sintetizată, joacă un rol important. În al treilea rând, este importantă funcționarea rinichilor, care în mod normal elimină ureea din sânge. Într-un organism sănătos, unde toate procesele decurg normal și toate organele funcționează bine, concentrația de uree din sânge variază de la 2,5 la 8,32 mmol/l. Granițele normei pot fi oarecum extinse la oameni de diferite vârste și în anumite condiții fiziologice. O creștere semnificativă a ureei în sânge este de obicei observată în insuficiența renală, atunci când această substanță este slab excretată din organism.Concentrația de uree în urină
Funcția principală a rinichilor este de a filtra sângele și de a elimina substanțele nocive din organism prin urină. În mod normal, ureea se formează în ficat, circulă în sânge pentru o perioadă de timp, apoi părăsește corpul în urină. Astfel, principalul factor care influențează concentrația de uree în urină este filtrarea sângelui în rinichi. În mod normal, la persoanele sănătoase, excreția de uree este de 333 – 587 mmol/zi ( sau 20 – 35 g/zi). Cu condiția ca rinichii să funcționeze normal, există o relație proporțională între concentrația de uree din sânge și din urină. Cu cât se formează mai mult din această substanță, cu atât mai mult va fi excretat în urină. Orice abateri de la această proporție pot fi interpretate ca semne ale anumitor tulburări, a căror cauză rămâne de identificat.Trebuie remarcat faptul că criteriul general acceptat în acest caz nu este atât concentrația de uree în urină, cât volumul total, care este excretat pe zi. Acest indicator este mai fiabil, deoarece cantitatea zilnică de urină poate fi influențată de mai mulți factori ( de exemplu, transpirația excesivă sau cantitatea de lichid pe care o bei). Indiferent de acest lucru, cantitatea totală de uree excretată de organism pe zi ar trebui să fie în limite normale.
Testul ureei
Analiza pentru determinarea ureei în sânge și urină se referă la teste biochimice ( sânge sau, respectiv, urină). Acesta este un test de diagnostic destul de comun, care se face nu numai pentru indicații speciale atunci când o persoană este deja bolnavă, ci și în scopuri preventive. Obiectivul principal al acestei analize este o evaluare aproximativă a funcției renale și hepatice, precum și monitorizarea metabolismului compușilor azotați în organism. Testarea ureei este rareori efectuată izolat, deoarece aceasta nu va oferi informațiile necesare pentru un diagnostic complet. În scopuri preventive, este prescrisă o analiză biochimică cuprinzătoare a sângelui și a urinei ( Se recomandă să o faceți o dată la 1 – 2 ani, dacă nu există indicații suplimentare).
Separat, ureea și creatinina pot fi determinate conform instrucțiunilor unui medic pentru pacienții cu insuficiență renală sau hepatică.
Această examinare poate fi efectuată în orice laborator clinic. Pentru a face acest lucru, nu este necesar să aveți o trimitere de la medicul dumneavoastră. Laboratorul atașează de obicei o scurtă transcriere la rezultatele analizei ( rezultatul corespunde limitelor normale pentru acest pacient?). Trebuie remarcat faptul că concentrația de uree în sânge și urină se poate schimba destul de repede. Prin urmare, rezultatele testelor trebuie să fie proaspete atunci când vizitați un medic. Se recomandă efectuarea lor cu 1-3 zile înainte de a vizita un specialist. Cel mai bine este să faceți mai întâi un consult, în timpul căruia medicul vă poate spune ce analize de laborator ( pe lângă uree) sunt necesare pentru acest pacient.
Cum se face corect un test de uree?
Pentru a evalua în mod obiectiv nivelul de uree din sânge și urină, trebuie să urmați o serie de recomandări simple. Faptul este că stilul de viață și dieta unei persoane pot influența rezultatele unui test biochimic de sânge. De aceea este necesară pregătirea înainte de a dona sânge sau urină pentru analiză.Când vă pregătiți pentru o analiză biochimică a sângelui și a urinei, trebuie respectate următoarele reguli:
- nu puneți stres puternic asupra corpului cu 24 de ore înainte de test;
- urmați o dietă normală cu o zi înainte de a dona sânge sau urină ( mai ales nu abuzați de carne, pește sau produse de cofetărie);
- dimineața, imediat înainte de a dona sânge, nu mâncați ( Este mai bine să bei apă sau ceai fără zahăr);
- evita stresul extrem.
Chimia sângelui
Un test de sânge biochimic este una dintre metodele de diagnostic de laborator. Spre deosebire de un test de sânge general, reacțiile biochimice sunt utilizate pentru a determina diferiți indicatori. Determinarea nivelului de uree din sânge și urină este inclusă în testul biochimic de sânge.În general, această metodă de diagnostic oferă informații despre funcționarea organelor interne ( în primul rând ficatul și rinichii). Rezultatele unui test biochimic de sânge sunt cel mai bine luate în considerare în ansamblu, deoarece aceasta va oferi o imagine mai completă a stării corpului. De aceea, un test separat pentru uree nu este de obicei prescris. O creștere sau o scădere izolată a concentrației unei substanțe nu va fi un argument suficient pentru stabilirea unui diagnostic. În paralel cu determinarea ureei, este important să se identifice nivelul de creatinine, proteine totale și o serie de alți indicatori ( care sunt incluse și în testul biochimic de sânge).
Care sunt reacțiile și metodele de determinare a ureei?
În diagnosticul de laborator, există diferite metode pentru determinarea concentrației de uree în sânge. Fiecare laborator acordă preferință unei anumite metode, dar aceasta nu are practic niciun efect asupra rezultatului analizei. Pentru pacient, acest lucru poate afecta doar costul analizei.Determinarea nivelului de uree în sânge și urină este posibilă folosind următoarele metode:
- gazometric. Ca urmare a unei reacții chimice, ureea se descompune în substanțe mai simple, dintre care una este dioxidul de carbon. Folosind un aparat special, volumul de gaz este măsurat și apoi calculat folosind formula, care a fost cantitatea inițială de uree din probă.
- Fotometric direct.În această metodă, ureea reacționează și cu mai mulți reactivi. Produșii de reacție sunt determinați de capacitatea lor de a absorbi unde luminoase de o anumită lungime. Această metodă necesită și echipamente speciale. Principalul avantaj este cantitatea mică de sânge sau urină necesară pentru analiză.
- Enzimatic.În acest caz, ureea din probă este descompusă folosind enzime speciale. Produșii de reacție sunt determinați prin reacții chimice ulterioare și cantitățile lor sunt măsurate prin titrare. Această metodă necesită mai multă muncă, deoarece determinarea concentrației de substanțe are loc în mai multe etape.
O hemora completă arată concentrația de uree?
Un test general de sânge are ca scop în primul rând determinarea compoziției celulare a sângelui. Această analiză folosește un microscop, sub care un asistent de laborator sau un medic numără numărul anumitor celule. Ureea este o moleculă de substanță care nu poate fi văzută la microscop. Pentru a-l determina, se efectuează reacții chimice speciale. De aceea, concentrația de uree nu este determinată în cadrul unui test general de sânge, ci se efectuează o analiză biochimică.Ce alte substanțe trebuie testate simultan cu testul ureei ( azot rezidual, bilirubină, proteine totale, raport uree/creatinină)?
Un test biochimic de sânge, care include testarea conținutului de uree, include și determinarea unui număr de alte substanțe. Pentru a interpreta corect rezultatele testelor, este adesea necesar să se compare concentrațiile diferitelor substanțe. Acest lucru vă permite să obțineți o imagine mai completă a activității organelor interne.În paralel cu determinarea ureei, se recomandă efectuarea unei analize pentru următoarele substanțe din sânge:
- Azot rezidual. Azotul ureic rezidual este determinat folosind o formulă specială. Datele de pornire pentru aceasta sunt nivelul de uree. Din punct de vedere al diagnosticului, nivelul de uree și nivelul de azot ureic rezidual reflectă aceleași procese, prin urmare, unul dintre acești indicatori este de obicei determinat ( al doilea poate fi ușor de calculat, chiar dacă nu este indicat în rezultatele testelor).
- Bilirubina. Bilirubina este rezultatul defalcării hemoglobinei. Această substanță se formează după moartea globulelor roșii în timpul mai multor transformări biochimice. În ficat, bilirubina este legată și excretată din organism ( cu bilă). Nivelul bilirubinei reflectă indirect funcționarea ficatului, dar nu există o legătură directă cu formarea ureei. Acest lucru va completa pur și simplu imaginea de ansamblu.
- Proteine totale. Deoarece ureea se formează ca urmare a defalcării proteinelor, determinarea proteinei totale este adesea necesară pentru a obține o imagine fiabilă și completă a bolii. De exemplu, dacă proteina totală este mult crescută, atunci ureea nu poate fi normală, deoarece o parte semnificativă a proteinelor se descompune și se formează mai multă uree. Un nivel normal de uree în aceste cazuri va indica probleme cu formarea acesteia.
- Creatinină. Creatinina este un produs al reacțiilor de metabolism energetic din celule. Este parțial asociat cu descompunerea proteinelor din organism. La fel ca ureea, creatinina reflectă indirect eficiența rinichilor.
Ce înseamnă o creștere și o creștere a ureei în analiză ( descifrarea testului ureei)?
Anomaliile testului cu uree sunt interpretate prin compararea rezultatelor cu alte simptome pe care le are pacientul. În sine, o creștere a nivelului de uree în sânge indică cel mai adesea probleme cu rinichii. Acest organ este responsabil pentru eliminarea ureei din organism. În acest caz, excreția de uree în urină scade, iar pacientul poate prezenta umflături și alte simptome de insuficiență renală. Un nivel scăzut de uree în sânge indică adesea probleme cu ficatul, care sintetizează această substanță.De asemenea, ureea poate crește sau scădea într-un număr de boli infecțioase, în unele patologii autoimune, după leziuni sau pe fondul dezechilibrelor hormonale. În fiecare caz, pacientul va experimenta tulburări corespunzătoare. Abaterile la testul ureei nu sunt direct legate de aceste boli și confirmă doar indirect diagnosticul.
Astfel, medicul curant ar trebui să descifreze rezultatele testului cu uree. Doar un specialist calificat va putea observa toate simptomele și le va interpreta corect pentru a pune diagnosticul corect.
De ce se determină ureea în urina zilnică?
Spre deosebire de un test de sânge pentru uree, în care se determină concentrația acestei substanțe, într-un test de urină se pune pe primul loc cantitatea totală de uree excretată. Concentrarea nu este critică aici, deoarece există prea mulți factori care afectează funcția rinichilor. De exemplu, cu excesul de lichide, concentrația de uree va fi foarte scăzută, iar cu deshidratare, va fi mare. S-a observat că doar cantitatea totală de uree care este excretată din organism pe zi rămâne la același nivel. De aceea, rezultatele analizei includ indicatorul „cantitatea de uree din urina zilnică”, și nu concentrația acestuia.Simptome de uree ridicată și scăzută
Acumularea de uree în sânge de cele mai multe ori nu este însoțită de niciun simptom. Această substanță nu are toxicitate semnificativă, așa că o ușoară creștere a concentrației de uree nu afectează starea pacientului. În cazurile în care nivelul de uree este mult depășit ( norma a fost depășită de mai multe ori sau mai mult) o persoană poate prezenta simptome generale de intoxicație. Când nivelul de uree este ridicat, pacientul prezintă următoarele plângeri:
- dureri de cap moderate;
- slăbiciune generală;
- probleme de somn, etc.
În unele cazuri, concentrația de uree în sânge crește simultan cu concentrația altor substanțe. De regulă, acest lucru se întâmplă cu insuficiență renală severă. În aceste cazuri, simptomele și manifestările bolii pot fi foarte severe, dar apariția lor este cauzată nu atât de excesul de uree în sânge, cât de intoxicația generală și tulburările asociate. În cazuri severe, pacienții pot prezenta vărsături, convulsii, diaree, tendință de sângerare etc. Fără îngrijire medicală calificată, pacientul poate cădea într-o comă uremică.
Are ureea efecte nocive asupra organismului?
Ureea în sine nu este o substanță toxică și nu are un efect negativ direct asupra organismului. De aceea este „folosit” de organism ca o formă sigură de eliminare a mai multor substanțe toxice ( alți compuși azotați). Majoritatea simptomelor care apar la pacienții cu niveluri ridicate de uree sunt asociate cu intoxicația concomitentă cu alte substanțe din cauza insuficienței renale.Printre efectele nocive ale ureei în sine, se poate observa acumularea de lichid în țesuturi ( posibilă umflare). Acest lucru se explică prin faptul că ureea este o substanță activă osmotic. Moleculele sale sunt capabile să „atrage” moleculele de apă către ele însele. În același timp, moleculele de uree sunt mici și pot trece prin membranele celulare. Astfel, cu o concentrație mare de uree, este posibilă reținerea de lichide în țesuturi.
De ce sunt ureea și sărurile ei periculoase pentru gută?
Contrar credinței populare, atunci când apare guta, nu ureea este reținută în organism, ci acidul uric, un alt compus de azot. Într-un organism sănătos, acidul uric nu joacă un rol fiziologic serios și are o importanță secundară. Odată cu guta, sărurile acestei substanțe încep să se acumuleze în țesuturi cu formarea de focare caracteristice ( tofi). Ureea nu este direct legată de dezvoltarea acestei boli.Creșterea ureei este periculoasă în diabet?
Diabetul zaharat este o boală gravă care afectează multe procese care apar în organism. Pacienților cu această patologie li se recomandă să facă în mod regulat teste de sânge și urină pentru a observa deteriorarea stării și diverse complicații în timp. Într-un test biochimic de sânge, ureea poate indica probleme foarte grave. De exemplu, cu diabet zaharat avansat, unii pacienți dezvoltă cetoacidoză ( Corpii cetonici apar în sânge și pH-ul sângelui se modifică). Ca urmare, nivelul de uree poate începe să crească. De asemenea, cu diabet zaharat, este posibilă afectarea rinichilor ( nefropatie diabetica). Rezultatul poate fi o deteriorare a filtrării sângelui și a retenției de uree în organism.Astfel, nivelurile crescute de uree la pacientii cu diabet zaharat indica de obicei o agravare a starii lor. Dacă primiți un astfel de rezultat, se recomandă să vă consultați imediat medicul ( endocrinolog) pentru a stabiliza situația.
Tratament pentru uree scăzută și ridicată
Ureea ridicată sau scăzută în sine nu este o patologie separată și nu necesită un curs special de tratament. Această substanță este un fel de indicator care poate indica patologii ale diferitelor organe și sisteme. Medicul nu va prescrie un tratament bazat numai pe creșterea sau scăderea ureei. De obicei, sunt necesare teste suplimentare pentru a face un diagnostic. Cel mai adesea cu uree crescută sau scăzută ( în funcţie de rezultatele examinării) începe tratamentul în următoarele zone:
- hemodializa și administrarea de medicamente pentru curățarea sângelui de produse de degradare toxice ( de obicei in insuficienta renala);
- tratamentul cauzelor insuficienței renale;
- restabilirea funcției hepatice ( tratamentul hepatitei etc.);
- normalizarea nivelurilor hormonale ( pentru tulburări ale tiroidei sau pancreasului) si etc.
Ce tablete și medicamente sunt folosite pentru a scădea nivelul de uree?
Reducerea nivelului de uree din sânge nu este scopul principal al tratamentului. În primul rând, medicii încearcă să normalizeze funcționarea rinichilor, ficatului sau a altor organe care au dus la acumularea de compuși azotați în sânge. Cu un tratament adecvat și eficient, nivelul de uree din sânge scade treptat de la sine. În cazuri rare, când pacientul are azotemie severă ( există o concentrație foarte mare de uree și alți compuși toxici ai azotului în sânge), medicamentele sunt prescrise pentru curățarea sângelui.Următoarele medicamente sunt cele mai eficiente pentru azotemia severă:
- Lespenefril;
- hepa-merz;
- ornilatex;
- ornicetil;
- larnamină.
De asemenea, în caz de intoxicație severă cu uree și alți compuși de azot, pacientului i se pot administra picături de soluții speciale care ajută la curățarea sângelui sau se efectuează hemodializă ( purificarea sângelui folosind un aparat special de filtrare).
Este posibil să tratați ureea ridicată cu remedii populare?
Ureea crescută în sine nu este o patologie. Aceasta este doar una dintre manifestările oricărei boli sau anomalii în funcționarea organelor interne. De aceea, tratamentul ar trebui să urmărească nu atât reducerea nivelului de uree, cât și eliminarea cauzei acestei abateri. Ureea însăși, în principiu, poate scădea sub influența anumitor remedii populare. Acest lucru se explică prin stimularea excreției sale naturale din organism ( cu urina) și parțial prin legare. Trebuie remarcat faptul că remediile populare nu ajută întotdeauna. Dacă, de exemplu, ureea este crescută din cauza insuficienței renale, atunci stimularea cu decocturi diuretice nu va face decât să agraveze situația. Acesta este motivul pentru care pacienții cu niveluri ridicate de uree sunt sfătuiți să consulte un medic înainte de a utiliza orice medicamente ( inclusiv folk).În general, există următoarele metode populare care vor ajuta la reducerea ureei în sânge:
- Decoctul de rădăcină de lemn dulce. Pentru 2 linguri ai nevoie de 1 litru de apa. Rădăcina de lemn dulce se toarnă și se fierbe timp de 2 - 3 minute. După aceasta, răciți bulionul și beți o jumătate de pahar de două ori pe zi înainte de mese.
- Infuzie de urs. Se toarnă 2 linguri de ierburi de urși cu apă clocotită ( 0,5 l) și se lasă 4 - 5 ore. Decoctul se ia de 1 lingură de 3 ori pe zi înainte de mese.
- Ceai de trandafir. Puteți face singur ceai de măceșe culegând fructele de pădure sau îl puteți cumpăra la o farmacie ca o colecție specială. Acest remediu stimulează producția de urină, dar poate fi contraindicat în unele boli de rinichi.
- Un decoct de hernie și coada-calului. Un amestec de ierburi uscate de hernie și coada-calului ( 3-5 g) se toarnă 0,5 litri de apă și se fierbe 5 – 7 minute la foc mic. Bulionul răcit se bea cu o jumătate de pahar înainte de mese.
- Infuzie din frunze de coacaze negre. Frunzele tinere de coacaze negre sunt colectate si uscate la soare timp de cateva zile. După aceasta, se face o infuzie pe ele într-un recipient mare ( aproximativ 8 foi mari la 1 litru de apă). Perfuzia trebuie să dureze 3-5 zile. Infuzia rezultată se bea câte 1 pahar de două ori pe zi timp de 2 – 3 săptămâni.
Cum să reduceți nivelul de uree acasă?
Reducerea nivelului de uree la domiciliu nu este de obicei necesară, deoarece această substanță nu reprezintă o amenințare gravă pentru organism. Dacă testele relevă o concentrație crescută a acestei substanțe, ar trebui să consultați un medic pentru a diagnostica patologia de bază ( motivele creșterii). În funcție de boală, medicul va putea să dezvolte tactici de tratament și să dea recomandări cu privire la prevenirea la domiciliu. Prin ea însăși, reducerea ureei nu va rezolva problema, ci va elimina doar una dintre manifestările bolii.Ce să faci dacă ureea este scăzută?
Nivelurile reduse de uree în sânge și urină sunt destul de rare. Acest lucru nu indică întotdeauna patologii grave. Pentru a interpreta corect rezultatele analizei, trebuie să contactați un specialist. În unele cazuri, ureea scăzută nu necesită nici un tratament. De exemplu, o dietă vegetariană conține mai puține proteine. Persoanele care aderă la el produc mai puțină uree în corpul lor. În consecință, nivelul său poate fi ușor sub normal atât în sânge, cât și în urină.Dacă concentrația de uree este redusă pentru o lungă perioadă de timp fără un motiv aparent, sunt posibile următoarele tactici:
- consultarea unui terapeut sau a unui medic de familie;
- consultație cu un urolog ( dacă nivelul în urină este scăzut) sau hepatolog ( dacă ureea din sânge este scăzută);
- teste instrumentale și de laborator suplimentare pentru evaluarea funcției hepatice și renale.
Preparate cu uree
Ureea este, de asemenea, utilizată ca ingredient activ în unele medicamente. Compușii săi pătrund bine în membranele celulare, iar acest lucru contribuie la un efect terapeutic într-o serie de boli. De exemplu, peroxidul de uree este un diuretic care poate fi utilizat în secțiile de terapie intensivă. În acest caz, moleculele de medicament vor ajuta la îndepărtarea lichidului din țesuturi, ceea ce reduce riscul de edem pulmonar sau cerebral. În plus, ureea are un efect keratolitic ( afectează stratul cornos al pielii). Această acțiune este utilizată pe scară largă în dermatologie și cosmetologie pentru catifelarea pielii. Există destul de multe produse cosmetice pentru îngrijirea pielii care conțin uree.
Pentru ce se folosesc cremele și unguentele cu uree?
Cremele și unguentele care conțin uree sunt folosite în principal pentru a înmuia pielea aspră. Astfel de produse acționează asupra stratului cornos al pielii, distrugând celulele moarte. Datorită acestui fapt, pielea devine mai moale. Unguente cu o concentrație mare de uree ( de exemplu, uroderm) poate fi folosit și pentru a înmuia calusurile uscate. În unele cazuri, sunt prescrise pentru umflarea extremităților ( compușii ureei „trag” lichidul din țesuturi) și o serie de patologii dermatologice ( psoriazis, eczeme, ihtioză etc.).De regulă, produsele farmaceutice și cosmetice cu uree pentru uz extern pot fi utilizate fără prescripție specială de la un medic. Ele practic nu sunt absorbite în sânge și nu au un efect grav asupra concentrației de uree în sânge și urină.
Cum se folosesc preparatele cu uree pentru picioare și călcâi?
Cremele și unguentele cu uree sunt utilizate pe scară largă pentru îngrijirea pielii picioarelor și a unghiilor. Pentru pielea aspră de pe călcâie, calusuri uscate sau crăpături, aplicați unguentul pe zona cu probleme de 2-3 ori pe zi într-un strat subțire. Este mai bine să spălați pielea cu apă caldă înainte de a aplica produsul. Pentru calusuri, unguentele pe baza de uree pot fi aplicate sub plasturi anti-calus.Pentru bolile fungice ale unghiilor și ale pielii picioarelor, preparatele cu uree sunt utilizate în paralel cu agenți antifungici prescriși.
valoarea determinării ureei.
În secolul trecut, oamenii de știință ruși M.V. Nenetsky și S.S. Salazkin a arătat că formarea de uree din dioxid de carbon și amoniac are loc în ficat.
Krebs și Genseleit au descoperit că sinteza ureei este un proces ciclic în care compusul cheie care închide ciclul este ornitina. Cohen și Ratner au descoperit că reacția inițială a acestui ciclu este sinteza fosfatului de carbamoil.
În ficat, amoniacul se combină cu CO 2 pentru a forma carbamoil fosfat sub acțiunea carbamoil fosfat sintetazei. Apoi, sub acțiunea ornitin carbamoiltransferazei, gruparea carbamoil a carbamoil fosfat este transferată la ornitină și se formează citrulină. În următoarea reacție, argininosuccinat sintetaza îl leagă cu aspartat și se formează acid argininosuccinic. Aspartatul este sursa celui de-al doilea atom de azot al ureei. Apoi, acidul argininosuccinic este împărțit în arginină și fumarat (intră în ciclul TCA). Arginina este hidrolizată de arginază în ornitină și uree. Ornitina rezultată interacționează cu o nouă moleculă de carbamoil fosfat și ciclul se închide.
Primele două reacții apar în mitocondriile hepatocitelor. Citrulina este apoi transportată în citosol, unde au loc transformări ulterioare.
Ciclul ornitinei în ficat îndeplinește 2 funcții:
1. conversia azotului aminoacid în uree, care este excretat și previne acumularea de toxic
produse - amoniac;
2. sinteza argininei și completarea acesteia în organism.
Se observă că la copiii din primele luni de viață, funcția hepatică nu este suficient de dezvoltată, ceea ce se manifestă prin faptul că cantitatea de amoniac la un copil față de un adult este crescută de 2-2,5 ori. La nou-născuți, 20-30% din azotul total cade pe azotul ureic.
Ureea este un compus inofensiv pentru organism. Locul principal al formării sale în organism este ficatul, unde există enzime de formare a ureei. Creierul conține toate enzimele pentru sinteza ureei, cu excepția carbamoil fosfatazei, așa că acolo nu se formează ureea. Ureea este principalul produs final al metabolismului azotului, în care până la 90% din tot azotul excretat este eliberat din organism. Excreția normală de uree este de 25-30 g/zi. Odată cu creșterea cantității de proteine consumate în alimente, crește excreția de uree.
2.3. Sinteza creatinei, creatina fosfat, semnificația acestei sinteze pentru organism. Clinic
valoarea determinării creatininei.
Produsul final al descompunerii aminoacizilor din organism, împreună cu ureea, este creatinina, care se formează în țesutul muscular din fosfatul de creatină. Creatina și fosfatul de creatină sunt cele mai importante substanțe azotate din mușchi, participând la procesele chimice asociate cu resinteza ATP, care participă la contracția musculară. Acestea sunt substanțe azotate neproteice ale mușchilor. Creatina este sintetizată în rinichi și ficat din trei aminoacizi, apoi intră în țesutul muscular.
Această reacție este una dintre căile pentru resinteza ATP și are loc în mușchiul care lucrează. Creatinina este eliminată prin urină. Conținutul de creatinină din urină depinde de dezvoltarea masei musculare. Acea. Trebuie subliniat faptul că ureea, creatinina, sărurile de amoniu sunt produsele finale ale metabolismului aminoacizilor, iar determinarea lor în urină este un indicator de diagnostic. În mod normal, un adult excretă aproximativ 25-30 g de uree pe zi, 1,5-2,4 g de creatinină și 0,5-1,2 g de săruri de amoniu.
Cantitatea de creatinină din urină crește odată cu descompunerea proteinelor, creșterea activității musculare, acromegalie și hipotiroidism.
Creatina nu se găsește în mod normal în urina unui adult, dar la copii, din cauza metabolismului crescut, se poate observa creatinurie.
Creatina apare în urină în cazurile de deficiență vitaminică a vitaminelor „C” și „E”, diabet zaharat, post, precum și în toate bolile asociate cu degradarea țesutului muscular.
Ureea (ureea) este o amidă completă a acidului carbonic - conține 2 atomi de azot. Sursă unu unul dintre ei este amoniac, care în ficat se leagă de dioxidul de carbon pentru a forma carbamoil fosfat sub acţiunea carbamoil fosfat sintetazei I (vezi diagrama A de mai jos).
În următoarea reacție, argininosuccinat sintetaza leagă citrulina de aspartat pentru a forma argininosuccinat (acid argininosuccinic). Această enzimă necesită ioni de Mg 2+. Reacția consumă 1 mol de ATP, dar folosește energia a două legături de înaltă energie. Aspartatul este sursa celui de-al doilea atom de azot al ureei(vezi diagrama A la pagina 483).
Arginina este supusă hidrolizei de către arginază, ducând la formarea ornitinei și ureei. Cofactorii arginază sunt ioni de Ca2+ sau Mn2+. Concentrațiile mari de ornitină și lizină, care sunt analogi structurali ai argininei, inhibă activitatea acestei enzime:
Ornitina rezultată interacționează cu o nouă moleculă de carbamoil fosfat și ciclul se închide.
Primele două reacții ale procesului au loc în mitocondriile hepatocitelor. Apoi citrulina, care este produsul acestor reacții, este transportată în citosol, unde au loc transformări ulterioare.
Ecuația generală pentru sinteza ureei este:
CO 2 + NH 3 + Aspartat + 3 ATP + 2 H 2 O → Uree + Fumarat + 2 (ADP + H 3 P0 4) + AMP + H 4 P 2 O 7.
Amoniacul, utilizat de carbamoilfosfat sintetaza I, este furnizat ficatului prin sângele venei porte. Rolul altor surse, inclusiv dezaminarea supresoare a acidului glutamic din ficat, este semnificativ mai mic.
Aspartatul, necesar pentru sinteza argininocinatului, se formează în ficat prin transaminarea alaninei cu oxalacetat. Alania provine în principal din mușchi și celule intestinale. Sursa de oxalacetat necesară acestei reacții poate fi considerată transformarea fumaratului format în reacțiile ciclului ornitinei. Fumaratul, ca urmare a două reacții ale ciclului citratului, este transformat în oxalacetat, din care se formează aspartatul prin transaminare (Fig. 9-17). Astfel, este asociat cu ciclul ornitinei ciclu de regenerare a aspartatului din fumarat. Pyru vat, format din alanină în acest ciclu, este folosit pentru gluconeogeneză.
O altă sursă de aspartat pentru ciclul ornitinei este transaminarea glutamatului cu oxalacetat.
Bilanțul energetic al procesului
În reacțiile ciclului ornitinei, se consumă patru legături de înaltă energie a trei molecule de ATP pentru fiecare revoluție a ciclului. Cu toate acestea, procesul de transformare a aminoacizilor în reziduuri fără azot și uree are modalități de a compensa costurile energetice:
când fumaratul este inclus în ciclul TCA în stadiul dehidrogenării malatului, se formează NADH, care asigură sinteza a 3 molecule de ATP (Fig. 9-18);
În timpul dezaminării oxidative a glutamatului în diferite organe, se formează și NADH, respectiv încă 3 molecule de ATP.
Costurile energiei apar și în timpul transferului transmembranar al substanțelor asociate cu sinteza și excreția ureei (Fig. 9-18). Primele două reacții ale ciclului ornitinei apar în mitocondrii, iar următoarele trei apar în citosol. Citrulina produsă în mitocondrie trebuie să fie transportată în citosol, iar ornitina produsă în citosol trebuie să fie transportată în mitocondrie. În plus, în rinichi, transferul ureei din sânge în urină are loc prin transport activ datorită gradientului ionilor de sodiu creat de K + , Na + -ATPaza, care este, de asemenea, asociat cu costurile energetice.
Setul complet de enzime ale ciclului ornitinei se găsește numai în hepatocite. Unele enzime ale ciclului ornitinei se găsesc nu numai în ficat, ci și în alte celule. În enterocite, de exemplu, există carbamoil fosfat sintetaza I și ornitin carbamoil transferaza, prin urmare, citrulina poate fi sintetizată. Argininosuccinat sintetaza și argininosuccinat liaza au fost găsite în rinichi. Citrulina formată în enterocite poate pătrunde în rinichi și poate fi transformată acolo în arginină, care este transportată la ficat și hidrolizată de arginază. Activitatea acestor enzime împrăștiate în diferite organe este semnificativ mai scăzută decât în ficat.
Moleculele organismelor vii pot fi formate din substanțe anorganice.
La începutul secolului al XIX-lea, chimiștii descoperiseră deja că multe substanțe constau din molecule, iar moleculele, la rândul lor, constau din atomi ( cm. Teoria atomică a structurii materiei). Unii oameni de știință au susținut că moleculele organice găsite în organismele vii sunt fundamental diferite de moleculele anorganice de natură nevii. Motivul pentru aceasta a fost credința că ființele vii sunt un lucru cu totul special ( cm. Vitalism). Apoi s-a descoperit că moleculele organice erau adesea mai mari și mai complexe decât moleculele anorganice cu care lucrau de obicei chimiștii. Acest lucru le-a întărit opinia conform căreia materia vie și cea nevie au compoziții chimice diferite.
În 1828, Friedrich Wöhler a rezolvat această problemă odată pentru totdeauna când a sintetizat ureea, o substanță organică găsită în rinichii și urina animalelor, din substanțele chimice comune „de laborator”. El a spus: „Oricât de mult am încercat să combin acidul cianic și amoniacul, am obținut întotdeauna un solid cristalin incolor, care nu seamănă ca proprietăți nici cu acidul cianic, nici cu amoniacul.” Testarea atentă a arătat că „solidul cristalin incolor” a fost identic cu ureea izolată din țesutul animal. Cu acest experiment, Wöhler a demonstrat că moleculele organice pot fi formate în aceleași moduri și din aceiași atomi ca și moleculele anorganice. Astfel, o altă barieră artificială între natura vie și cea neînsuflețită a fost distrusă.
Friedrich Wöhler, 1800-82
chimist german. Născut în orașul Eschersheim de lângă Frankfurt, în familia unui medic veterinar care a tratat cai aparținând conducătorilor orașului Hesse din Germania. În 1823, Wöhler a primit o diplomă în medicină de la Universitatea din Heidelberg, dar apoi s-a îndreptat către chimie. Au petrecut un an în Suedia, colaborând cu chimistul Jöns Berzelius (1779-1848), cu care au rămas prieteni pentru totdeauna. În 1836, Wöhler a primit un post de profesor de chimie la Universitatea din Göttingen, unde a lucrat toată viața.
Din tinerețe, Wöhler a fost un colecționar pasionat de minerale și a lucrat intens la sinteza și extracția diferitelor substanțe minerale. A studiat compușii organici o vreme, dar apoi a decis că este prea dificil și s-a întors la chimia anorganică. Datorită lui Wöhler, Göttingen a devenit un centru european de top pentru cercetarea chimiei. Mulți absolvenți ai Universității din Göttingen au devenit profesori la diferite universități din Europa și America de Nord. Germania a dominat domeniul chimiei de cercetare până în anii 1930.
