Układ wydalniczy dorosłych płazów jest reprezentowany przez parę pnia nerek - śródnercze, które znajdują się po bokach części krzyżowej kręgosłupa, ale w przeciwieństwie do ryb nie mają kształtu wstążki, ale są owalne i bardzo zwarte. Moczowód to przewód Wolffa (u samców pełni także funkcję nasieniowodu), który uchodzi do kloaki. U wyższych form lądowych rozległy pęcherz otwiera się do kloaki, gdzie mocz wchodzi z kloaki i jest tymczasowo przechowywany. Kiedy pęcherz się przepełni, opróżnia swoją zawartość do tej samej kloaki i stamtąd wydalany jest mocz.
Nerki płazów usuwają produkty przemiany materii z krwi i utrzymują równowagę wodno-solną (równowagę). Liczba nefronów w nerkach zależy od tego, jak blisko zwierzę jest połączone z wodą. U płazów wodnych, głównie ogonowych, w obu nerkach znajduje się około 400 - 500 nefronów, a u płazów bezogonowych - około 2000. Wyjaśnia to fakt, że wodne płazy wydalają część produktów przemiany materii poprzez skrzela i okrycia ciała do otaczającej wody. Końcowym produktem metabolizmu azotu u płazów jest mocznik.
Nadmiar wody jest usuwany przez nerki, która przedostaje się do organizmu zwierzęcia przez skórę, natomiast sole są ponownie wchłaniane (wchłaniane) z moczu, dzięki czemu większość jonów – aż do 99% – wraca do krwi.
U larw płazów wodnych głównym produktem metabolizmu azotu nie jest mocznik, ale amoniak, który jest wydalany w postaci roztworu przez skrzela i skórę.
Układ rozrodczy. Męski układ rozrodczy jest reprezentowany przez dwa zaokrąglone jądra zlokalizowane w pobliżu nerek (374) i zawieszone na krezce. Płazy charakteryzują się obecnością ciał tłuszczowych o różnych kształtach, zlokalizowanych nad jądrami. Ciała te służą jako źródło składników odżywczych do spermatogenezy, dlatego jesienią ciała tłuszczowe są znacznie większe niż wiosną, kiedy tworzy się wiele gamet.
Przez wiele cienkich kanalików nasiennych rozciągających się od jądra produkty rozrodcze przechodzą przez przednią część nerki i dostają się do przewodu Wolffa, który u płazów (a także u ryb chrzęstnych) łączy funkcje moczowodu i nasieniowodu. Przewody Wolffa uchodzą do kloaki, ale na krótko przed każdym z nich tworzą małe przedłużenie - pęcherzyk nasienny, w którym chwilowo gromadzą się plemniki. Podobnie jak jądra i ciała tłuszczowe, pęcherzyki nasienne kurczą się poza sezonem lęgowym. Płazy nie mają własnych przewodów rozrodczych w męskim układzie rozrodczym, większość gatunków nie ma również narządów kopulacyjnych.
Żeński układ rozrodczy tworzą dwa jajniki zawieszone na krezce, nad którymi znajdują się ciała tłuszczowe (375). Wielkość jajników różni się znacznie w zależności od pory roku i znacznie wzrasta w okresie lęgowym. Wiosną jajniki są szczególnie duże, przez cienką ściankę widać duże jaja bogate w żółtko.
Dojrzałe jaja opuszczają jajnik przez pęknięcie błony pęcherzykowej i trafiają do jamy ciała, skąd następnie przedostają się do lejka jajowodu. U samic płazów jajowodem jest sparowany przewód Müllera, który z jednego końca (lejek) uchodzi do jamy ciała, a z drugiego do kloaki. W okresie lęgowym jajowody ulegają znacznemu wydłużeniu, a ich ścianki pogrubiają.
Wiele płazów charakteryzuje się zachowaniami godowymi, którym często towarzyszą sygnały głosowe (samce niektórych żab potrafią wydawać niezwykle głośne dźwięki). Jest to konieczne, aby stymulować jednoczesne uwalnianie produktów rozrodczych od partnerów seksualnych. Zapłodnienie może być wewnętrzne lub zewnętrzne.
Rozwój zdecydowanej większości płazów odbywa się w wodzie, niektóre gatunki przystosowały się do noszenia w organizmie zapłodnionych jaj. Jajka zawierają stosunkowo mało żółtka (jaja mezolecytalne), dlatego dochodzi do rozszczepienia promienistego, czyli podczas podziału blastomerowego bruzdy przechodzą przez całe jajo.
Płazy charakteryzują się rozwojem z metamorfozą, z jaja wyłania się larwa, która w swojej organizacji jest znacznie bliższa rybom niż dorosłym płazom. Ma charakterystyczny rybi kształt, porusza się więc wykorzystując podłużne wygięcia ciała. Narządy oddechowe pełnią najpierw funkcję zewnętrznych skrzeli, będących wyrostkiem skóry, później przebijają się szczeliny skrzelowe, otwierając skrzela wewnętrzne, po czym skrzela zewnętrzne ulegają redukcji. We wczesnych stadiach kończyny są nieobecne. U płazów ogoniastych skrzela zewnętrzne funkcjonują przez cały okres larwalny, natomiast skrzela wewnętrzne nie rozwijają się.
W trakcie rozwoju larw płazów rekonstruowane są ich układy wewnętrzne: oddechowy, krążeniowy, wydalniczy i pokarmowy. Stopniowo rozwijają się kończyny. Metamorfoza kończy się utworzeniem miniaturowej kopii dorosłego osobnika, u zwierząt bezogonowych ogon jest skrócony.
Ambystomy charakteryzują się neotenią, czyli rozmnażają się za pomocą larw, które przez długi czas były mylone z odrębnym gatunkiem, dlatego też mają własną nazwę – aksolotl. Taka larwa jest większa niż postać dorosła. Kolejną interesującą grupą płazów są proteas, które żyją stale w wodzie i przez całe życie zachowują skrzela zewnętrzne, czyli zachowują cechy larwy.
Wymiana azotu- zespół przemian chemicznych, reakcji syntezy i rozkładu związków azotowych w organizmie; integralna część metabolizmu i energii. Pojęcie „metabolizm azotu” obejmuje metabolizm białek (zespół przemian chemicznych zachodzących w organizmie białek i produktach ich metabolizmu), a także metabolizm peptydów, aminokwasy, kwasy nukleinowe, nukleotydy, zasady azotowe, aminocukry (patrz. Węglowodany), zawierające azot lipidy, witaminy, hormony i inne związki zawierające azot.
Organizm zwierząt i ludzi otrzymuje azot asymilowany z pożywienia, w którym głównym źródłem związków azotowych są białka pochodzenia zwierzęcego i roślinnego. Głównym czynnikiem utrzymania bilansu azotowego – stanu azotu, w którym ilość azotu wchodzącego i wychodzącego jest taka sama – jest odpowiednia podaż białka z pożywienia. W ZSRR dzienne spożycie białka dla osoby dorosłej wynosi 100 G lub 16 G azot białkowy, przy zużyciu energii 2500 kcal. Bilans azotowy (różnica pomiędzy ilością azotu wprowadzanego do organizmu z pożywieniem a ilością azotu wydalanego z organizmu z moczem, kałem i potem) jest wskaźnikiem intensywności azotu. w organizmie. Głód lub niedostateczne odżywianie azotem prowadzi do ujemnego bilansu azotowego, czyli niedoboru azotu, w którym ilość azotu wydalanego z organizmu przewyższa ilość azotu wprowadzanego do organizmu z pożywieniem. Dodatni bilans azotowy, w którym ilość azotu wprowadzonego z pożywieniem przewyższa ilość azotu wydalonego z organizmu, obserwuje się w okresie wzrostu organizmu, w procesach regeneracji tkanek itp. Stan A. o. w dużej mierze zależy od jakości białka spożywczego, o której z kolei decyduje jego skład aminokwasowy, a przede wszystkim obecność niezbędnych aminokwasów.
Powszechnie przyjmuje się, że u ludzi i kręgowców A. o. rozpoczyna się od trawienia związków azotowych zawartych w pożywieniu w przewodzie pokarmowym. Rozpad białek następuje w żołądku przy udziale trawiennych enzymów proteolitycznych trypsyna i gastrycyna (patrz. Proteoliza ) z utworzeniem peptydów, oligopeptydów i poszczególnych aminokwasów. Z żołądka masa pokarmowa przedostaje się do dwunastnicy i znajdujących się poniżej części jelita cienkiego, gdzie peptydy ulegają dalszemu rozkładowi, katalizowanemu przez enzymy soku trzustkowego: trypsynę, chymotrypsynę i karboksypeptydazę oraz enzymy soku jelitowego – aminopeptydazy i dipeptydazy (patrz. Enzymy). Razem z peptydami. złożone białka (na przykład nukleoproteiny) i kwasy nukleinowe są rozkładane w jelicie cienkim. Mikroflora jelitowa ma również znaczący udział w rozkładzie biopolimerów zawierających azot. Oligopeptydy, aminokwasy, nukleotydy, nukleozydy itp. Są wchłaniane w jelicie cienkim, dostają się do krwi i są przenoszone po całym organizmie. Białka tkanek organizmu w procesie ciągłej odnowy ulegają również proteolizie pod wpływem proteaz tkankowych (peptydaz i katepsyn), a produkty rozpadu białek tkankowych dostają się do krwi. Aminokwasy można wykorzystać do nowej syntezy białek i innych związków (zasad purynowych i pirymidynowych, nukleotydów, porfiryn itp.), do produkcji energii (na przykład poprzez włączenie do cyklu kwasów trikarboksylowych) lub można je poddać dalszej degradacji do tworzą produkty końcowe A. o., podlegające wydalaniu z organizmu.
Aminokwasy zawarte w białkach żywności służą do syntezy białek w narządach i tkankach organizmu. Biorą także udział w tworzeniu wielu innych ważnych związków biologicznych: nukleotydów purynowych (glutamina, glicyna, kwas asparaginowy) i nukleotydów pirymidynowych (glutamina, kwas asparaginowy), serotoniny (tryptofan), melaniny (fenyloalpnina, tyrozyna), histaminy (histydyna) , adrenalina, noradrenalina, tyramina (tyrozyna), poliaminy (arginina, metionina), cholina (metionina), porfiryny (glicyna), kreatyna (glicyna, arginina, metionina), koenzymy, cukry i polisacharydy, lipidy itp. Najważniejszą dla organizmu reakcją chemiczną, w której biorą udział prawie wszystkie aminokwasy, jest transaminacja, która polega na odwracalnym enzymatycznym przeniesieniu grupy a-aminowej aminokwasów na atom węgla a ketokwasów lub aldehydów. Transaminacja jest podstawową reakcją w biosyntezie nieistotnych aminokwasów w organizmie. Aktywność enzymów katalizujących reakcje transaminacji jest aminotransferazy - ma duże znaczenie kliniczne i diagnostyczne.
Degradacja aminokwasów może zachodzić kilkoma różnymi drogami. Większość aminokwasów może zostać zdekarboksylowana przez enzymy dekarboksylazy, tworząc aminy pierwszorzędowe, które można następnie utlenić w reakcjach katalizowanych przez oksydazę monoaminową lub oksydazę diaminową. Kiedy aminy biogenne (histamina, serotonina, tyramina, kwas g-aminomasłowy) utlenią się pod wpływem oksydaz, powstają aldehydy, które ulegają dalszym przemianom i amoniak, główną drogą dalszego metabolizmu jest tworzenie mocznika.
Inną główną drogą degradacji aminokwasów jest deaminacja oksydacyjna z utworzeniem amoniaku i ketokwasów. Bezpośrednia deaminacja L-aminokwasów w organizmie zwierząt i ludzi przebiega niezwykle powoli, z wyjątkiem kwasu glutaminowego, który ulega intensywnej deaminacji przy udziale specyficznego enzymu dehydrogenazy glutaminianowej. Wstępna transaminacja prawie wszystkich a-aminokwasów i dalsza deaminacja powstałego kwasu glutaminowego do kwasu a-ketoglutarowego i amoniaku jest głównym mechanizmem deaminacji naturalnych aminokwasów.
Produktem różnych szlaków degradacji aminokwasów jest amoniak, który może powstawać także w wyniku metabolizmu innych związków zawierających azot (np. podczas deaminacji adeniny, wchodzącej w skład dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego – NAD). Głównym sposobem wiązania i neutralizacji toksycznego amoniaku u zwierząt ureotelicznych (u zwierząt, u których końcowym produktem amoniaku jest mocznik) jest tzw. cykl mocznikowy (synonim: cykl ornitynowy, cykl Krebsa-Henseleita), który zachodzi w wątrobie. Jest to cykliczna sekwencja reakcji enzymatycznych, w wyniku której mocznik syntetyzuje się z cząsteczki amoniaku lub azotu amidowego glutaminy, grupy aminowej kwasu asparaginowego i dwutlenku węgla. Przy dziennym spożyciu 100 G białka, dzienne wydalanie mocznika z organizmu wynosi około 30 G. U ludzi i zwierząt wyższych istnieje inny sposób neutralizacji amoniaku - synteza amidów kwasów dikarboksylowych, asparaganu i glutaminy z odpowiednich aminokwasów. U zwierząt urykotelicznych (gadów, ptaków) produkt końcowy A. o. jest kwas moczowy.
W wyniku rozkładu kwasów nukleinowych i nukleoprotein w przewodzie pokarmowym powstają nukleotydy i nukleozydy. Oligo- i mononukleotydy przy udziale różnych enzymów (esterazy, nukleotydazy, nukleozydazy, fosforylazy) są następnie przekształcane w wolne zasady purynowe i pirymidynowe.
Dalsza degradacja zasad purynowych, adeniny i guaniny, polega na ich hydrolitycznej deaminacji pod wpływem enzymów adenazy i guanazy z wytworzeniem odpowiednio hipoksantyny (6-hydroksypuryny) i ksantyny (2,6-dioksypuryny), które następnie przekształcają się w mocznik kwas w reakcjach katalizowanych przez oksydazę ksantynową. Kwas moczowy jest jednym z produktów końcowych A. o. a końcowy produkt metabolizmu puryn u człowieka jest wydalany z organizmu w moczu. Większość ssaków posiada enzym urykazę, który katalizuje konwersję kwasu moczowego do wydalanej alantoiny.
Rozkład zasad pirymidynowych (uracyl, tymina) polega na ich redukcji z utworzeniem dihydropochodnych i późniejszej hydrolizie, w wyniku której z uracylu powstaje kwas b-ureidopropionowy, a z niego amoniak, dwutlenek węgla i b-alanina, oraz z tyminy - kwas b-aminoizomasłowy, dwutlenek węgla i amoniak. Dwutlenek węgla i amoniak mogą być dalej włączane do mocznika poprzez cykl mocznikowy, a b-alanina bierze udział w syntezie najważniejszych związków biologicznie czynnych – dipeptydów zawierających histydynę, karnozyny (b-alanylo-L-histydyna) i anseryny ( b-alanylo-N-metylo-L-histydyna), występująca w składzie substancji ekstrakcyjnych mięśni szkieletowych, a także w syntezie kwasu pantotenowego i koenzymu A.
W ten sposób różne przemiany najważniejszych związków azotowych w organizmie łączą się w jedną wymianę. Złożony proces A. o. regulowane na poziomie molekularnym, komórkowym i tkankowym. Rozporządzenie A. o. w całym organizmie ma na celu dostosowanie intensywności A.o. na zmieniające się warunki środowiskowe i wewnętrzne i odbywa się za pośrednictwem układu nerwowego zarówno bezpośrednio, jak i poprzez wpływ na gruczoły wydzielania wewnętrznego.
U zdrowych osób dorosłych zawartość związków azotu w narządach, tkankach i płynach biologicznych utrzymuje się na stosunkowo stałym poziomie. Nadmiar azotu z pożywienia wydalany jest z moczem i kałem, a w przypadku niedoboru azotu w pożywieniu zapotrzebowanie organizmu na niego można pokryć poprzez zastosowanie związków azotu w tkankach organizmu. Poza tym skład mocz zmienia się w zależności od charakterystyki A. o. i stan bilansu azotowego. Zwykle przy stałej diecie i stosunkowo stabilnych warunkach środowiskowych z organizmu uwalniana jest stała ilość końcowych produktów aminokwasowych, a rozwój stanów patologicznych prowadzi do ich gwałtownej zmiany. Znaczące zmiany w wydalaniu związków azotowych z moczem, przede wszystkim mocznika, można zaobserwować przy braku patologii w przypadku istotnej zmiany diety (np. przy zmianie ilości spożywanego białka) i stężenia resztkowy azot (patrz. Pozostały azot ) zmienia się nieznacznie we krwi.
Studiując A. o. należy wziąć pod uwagę skład ilościowy i jakościowy spożywanej żywności, skład ilościowy i jakościowy związków azotu wydalanych z moczem i kałem oraz zawartych we krwi. Do badań A. o. stosować substancje azotowe znakowane radionuklidami azotu, fosforu, węgla, siarki, wodoru i tlenu oraz monitorować migrację znacznika i jego włączenie do końcowych produktów aminokwasu. Szeroko stosowane są znakowane aminokwasy, np. 15 N-glicyna, które wprowadzane są do organizmu wraz z pożywieniem lub bezpośrednio do krwi. Znaczna część żywności oznaczonej azotem glicynowym jest wydalana z moczem w postaci mocznika, natomiast pozostała część etykiety przedostaje się do białek tkankowych i jest niezwykle powoli wydalana z organizmu. Prowadzenie badań na temat A. o. niezbędne w diagnostyce wielu stanów patologicznych i monitorowaniu skuteczności leczenia, a także w opracowywaniu racjonalnych planów żywieniowych, m.in. leczniczy (zob Żywienie medyczne ).
Patologia A. o. (aż do bardzo znacznego) jest spowodowane przez białko. Jej przyczyną może być ogólne niedożywienie, przedłużający się niedobór białka lub niezbędnych aminokwasów w diecie, brak węglowodanów i tłuszczów dostarczających energii dla procesów biosyntezy białek w organizmie. Białko może powstawać na skutek przewagi procesów rozkładu białek nad ich syntezą nie tylko w wyniku niedoboru białka i innych niezbędnych składników odżywczych w pożywieniu, ale także podczas ciężkiej pracy mięśni, urazów, procesów zapalnych i dystroficznych, niedokrwienia, infekcji, rozległych schorzeń, defekt funkcji troficznej układu nerwowego, niedobór hormonów anabolicznych (hormonu wzrostu, hormonów płciowych, insuliny), nadmierna synteza lub nadmierna podaż hormonów steroidowych z zewnątrz itp. Upośledzone wchłanianie białek w patologiach przewodu żołądkowo-jelitowego (przyspieszona ewakuacja pokarmu z żołądka, stany niedokwaśności i bezkwasu, niedrożność przewodu wydalniczego trzustki, osłabienie funkcji wydzielniczej i zwiększona ruchliwość jelita cienkiego z zapaleniem jelit i zapaleniem jelit, zaburzenia procesu wchłaniania w jelicie cienkim itp.) może również prowadzić do niedoboru białka. Białko prowadzi do braku koordynacji A. o. i charakteryzuje się wyraźnym ujemnym bilansem azotowym.
Znane są przypadki zakłócenia syntezy niektórych białek (patrz. Immunopatologia, Enzymepatie), a także genetycznie zdeterminowaną syntezę nieprawidłowych białek, np. kiedy hemoglobinopatie, szpiczak mnogi (patrz Hemoblastozy paraproteinemiczne ) itd.
Patologia A. o., polegająca na naruszeniu metabolizmu aminokwasów, często wiąże się z anomaliami w procesie transaminacji: zmniejszeniem aktywności aminotransferaz podczas hipo- lub awitaminozy B6, naruszeniem ich syntezy enzymy, brak ketokwasów do transaminacji z powodu hamowania cyklu kwasów trikarboksylowych podczas niedotlenienia i cukru itp. Zmniejszenie intensywności transaminacji prowadzi do zahamowania deaminacji kwasu glutaminowego, co z kolei prowadzi do wzrostu udziału azotu aminokwasowego w resztkowym azocie krwi (hiperaminokwasemia), ogólnej hiperazotemii i aminoacydurii. Hiperaminoacydemia, aminoacyduria i ogólna azotemia są charakterystyczne dla wielu typów patologii A. o. Przy rozległym uszkodzeniu wątroby i innych stanach związanych z masowym rozpadem białek w organizmie, procesy deaminacji aminokwasów i tworzenia mocznika zostają zakłócone w taki sposób, że wzrasta stężenie resztkowego azotu i zawartość w nim azotu aminokwasowego na tle spadku względnej zawartości azotu mocznikowego w azocie resztkowym (tzw. azotemia produkcyjna).
Produktywnej azotemii z reguły towarzyszy wydalanie nadmiaru aminokwasów z moczem, ponieważ nawet przy prawidłowej czynności nerek filtracja aminokwasów w kłębuszkach nerkowych zachodzi intensywniej niż ich ponowne wchłanianie w kanalikach. Choroby nerek, niedrożność dróg moczowych i zaburzenia krążenia nerkowego prowadzą do rozwoju azotemii retencyjnej, której towarzyszy wzrost stężenia resztkowego azotu we krwi z powodu wzrostu zawartości mocznika we krwi (patrz. Niewydolność nerek ). Rozległym ranom, ciężkim i infekcjom, uszkodzeniom kości długich, rdzenia kręgowego i mózgu, chorobie Itenko-Cushinga i wielu innym poważnym chorobom towarzyszy aminoaciduria. Jest to również charakterystyczne dla stanów patologicznych, które występują z zakłóceniem procesów reabsorpcji w kanalikach nerkowych: choroba Wilsona-Konovalova (patrz. Dystrofia wątrobowo-mózgowa ), Nefronoftyza Fanconiego (patrz. Choroby podobne do krzywicy ) i inne.Choroby te należą do licznych chorób uwarunkowanych genetycznie A.o. Wybiórcze zaburzenie wchłaniania zwrotnego cystyny i cystynurii z uogólnionym zaburzeniem metabolizmu cystyny na tle ogólnej aminoacydurii towarzyszy tzw. cystynozie. W tej chorobie kryształy cystyny odkładają się w komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego. Dziedziczna choroba fenyloketonurię charakteryzuje się naruszeniem konwersji fenyloalaniny do tyrozyny w wyniku genetycznie uwarunkowanego niedoboru enzymu fenyloalaniny - 4-hydroksylazy, który powoduje gromadzenie się we krwi i moczu nieprzetworzonej fenyloalaniny i jej produktów przemiany materii - kwasu fenylopirogronowego i fenylooctowego. Zakłócenie przemian tych związków jest charakterystyczne także dla wirusowego zapalenia wątroby.Tyrozynemia, tyrozynuria i tyrozynoza są obserwowane w przypadku rozsianych chorób tkanki łącznej (kolagenoz) i innych stanów patologicznych. Rozwijają się na skutek upośledzonej transaminacji tyrozyny. Przyczyną alkaptonurii jest wrodzona anomalia przemian oksydacyjnych tyrozyny, w wyniku której w moczu gromadzi się nieprzekształcony metabolit tego aminokwasu, kwas homogentyzynowy. Zaburzenia metabolizmu pigmentu w hipokortyzolizmie (patrz. Nadnercza ) są związane z hamowaniem konwersji tyrozyny do melaniny w wyniku hamowania enzymu tyrozynazy (całkowita utrata syntezy tego pigmentu jest charakterystyczna dla wrodzonych anomalii pigmentacji - a).
Przy masowym rozpadzie struktur komórkowych (post, ciężka praca mięśni, infekcje itp.) Obserwuje się patologiczny wzrost stężenia resztkowego azotu ze względu na wzrost względnej zawartości azotu kwasu moczowego w nim (zwykle stężenie kwas moczowy we krwi nie przekracza 0,4 mmol/l).
W starszym wieku intensywność i objętość syntezy białek zmniejsza się na skutek bezpośredniego hamowania funkcji biosyntetycznych organizmu i osłabienia jego zdolności do wchłaniania aminokwasów z pożywienia; Tworzy się ujemny bilans azotowy. Zaburzenia metabolizmu puryn u osób starszych prowadzą do gromadzenia i odkładania się soli kwasu moczowego – moczanów – w mięśniach, stawach i chrząstkach. Korekta naruszeń A. o. w starszym wieku można osiągnąć poprzez specjalną dietę zawierającą pełnowartościowe białka zwierzęce, witaminy i mikroelementy, z ograniczoną zawartością puryn.
Metabolizm azotu u dzieci wyróżnia się wieloma cechami, w szczególności dodatnim bilansem azotowym jako warunkiem niezbędnym do wzrostu. Intensywność procesów A. o. W okresie wzrostu dziecka ulega zmianom, szczególnie wyraźnym u noworodków i małych dzieci. W ciągu pierwszych 3 dni życia bilans azotowy jest ujemny, co tłumaczy się niewystarczającą podażą białka z pożywienia. W tym okresie wykrywa się przejściowy wzrost stężenia resztkowego azotu we krwi (tzw. azotemia fizjologiczna), czasami osiągający 70 mmol/l; do końca 2 tygodnia.
życia stężenie resztkowego azotu zmniejsza się do poziomu obserwowanego u dorosłych. Ilość azotu wydalanego przez nerki wzrasta w ciągu pierwszych 3 dni życia, po czym maleje i zaczyna ponownie wzrastać od 2 tygodnia. życia równolegle ze zwiększającą się ilością pożywienia.Największą strawność azotu w organizmie dziecka obserwuje się u dzieci w pierwszych miesiącach życia. Bilans azotowy zauważalnie zbliża się do równowagi w ciągu pierwszych 3-6 miesięcy. życie, chociaż nadal jest pozytywne. Intensywność metabolizmu białek u dzieci jest dość wysoka - u dzieci w pierwszym roku życia około 0,9 G wiewiórka na 1 kg masa ciała na dzień, w wieku 1-3 lat - 0,8 g/kg/ dziennie, dla dzieci w wieku przedszkolnym i szkolnym - 0,7 g/kg/ dni
Średnie zapotrzebowanie na aminokwasy egzogenne według FAO WHO (1985) u dzieci jest 6 razy większe niż u dorosłych (aminokwasem niezbędnym dla dzieci do 3. miesiąca życia jest cystyna, a dla dzieci do 5. roku życia – histydyna ). Procesy transaminacji aminokwasów zachodzą bardziej aktywnie u dzieci niż u dorosłych. Jednakże w pierwszych dniach życia noworodków, ze względu na stosunkowo niską aktywność niektórych enzymów, obserwuje się hiperaminokwasję i fizjologiczną aminoacydurię, wynikającą z niedojrzałości czynnościowej nerek. U wcześniaków występuje ponadto aminoacyduria typu przeciążeniowego, ponieważ zawartość wolnych aminokwasów w osoczu krwi jest wyższa niż u noworodków donoszonych. W pierwszym tygodniu życia azot aminokwasowy stanowi 3-4% całkowitego azotu w moczu (według niektórych danych nawet do 10%) i dopiero pod koniec pierwszego roku życia jego względna zawartość spada do 1 %. U dzieci w pierwszym roku życia wydalanie aminokwasów na 1 kg masa ciała osiąga wartości ich wydalania u osoby dorosłej, wydalanie aminokwasów azotowych osiągając 10 u noworodków mg/kg masa ciała w drugim roku życia rzadko przekracza 2 mg/kg masy ciała. W moczu noworodków wzrasta zawartość tauryny, treoniny, seryny, glicyny, alaniny, cystyny, leucyny, tyrozyny, fenyloalaniny i lizyny (w porównaniu do moczu osoby dorosłej). W pierwszych miesiącach życia w moczu dziecka wykrywa się także etanoloaminę i homocytrulinę. W moczu dzieci 1. roku życia dominują aminokwasy prolina i [hydr]oksyprolina.
Badania najważniejszych azotowych składników moczu u dzieci wykazały, że stosunek kwasu moczowego, mocznika i amoniaku zmienia się znacząco w okresie wzrostu. A więc pierwsze 3 miesiące. life charakteryzują się najniższą zawartością mocznika w moczu (2-3 razy mniejszą niż u dorosłych) i największym wydalaniem kwasu moczowego. Dzieci w pierwszych trzech miesiącach życia wydzielają 28,3 mg/kg masa ciała kwasu moczowego i dorosłych - 8,7 mg/kg. Stosunkowo duże wydalanie kwasu moczowego u dzieci w pierwszych miesiącach życia czasami przyczynia się do rozwoju zawału nerek wywołanego kwasem moczowym. U dzieci w wieku od 3 do 6 miesięcy zwiększa się ilość mocznika w moczu, a w tym czasie zmniejsza się zawartość kwasu moczowego. Zawartość amoniaku w moczu dzieci w pierwszych dniach życia jest niska, następnie gwałtownie wzrasta i utrzymuje się na wysokim poziomie przez cały pierwszy rok życia.
Cechą charakterystyczną A. o. u dzieci występuje fizjologiczna kreatynuria. Kreatyna występuje także w płynie owodniowym; w moczu oznacza się ją w ilościach przekraczających zawartość kreatyny w moczu osób dorosłych, od okresu noworodkowego do okresu dojrzewania. Dobowe wydalanie kreatyniny (dehydroksylowanej kreatyny) zwiększa się wraz z wiekiem, jednocześnie wraz ze wzrostem masy ciała dziecka zmniejsza się względna zawartość azotu kreatyniny w moczu. Ilość kreatyniny wydalanej z moczem na dzień u noworodków donoszonych wynosi 10-13 mg/kg u wcześniaków 3 mg/kg u dorosłych nie przekracza 30 mg/kg.
Jeśli w rodzinie zostanie wykryte wrodzone zaburzenie A. o. trzeba to przeprowadzić medyczne poradnictwo genetyczne.
Bibliografia: Bieriezow T.T. i Korovkin B.F. Chemia biologiczna, s. 13 431, M., 1982; Veltishchev Yu.E. i in.Metabolizm u dzieci, s. 13-15. 53, M., 1983; Dudel J. i wsp. Human Physiology, przeł. z języka angielskiego, t. 1-4, M., 1985; Zilva J.F. i Pannell P.R. Chemia kliniczna w diagnostyce i leczeniu, przeł. z języka angielskiego, s. 298, 398, M., 1988; Cohn R.M. i Roy K.S. Wczesna diagnostyka chorób metabolicznych, przeł. z języka angielskiego, s. 211, M., 1986; Laboratoryjne metody badań w klinice, wyd. V.V. Menshikova, s. 222, M., 1987; Leninger A. Podstawy biochemii, przeł. z języka angielskiego, t. 2, M., 1985; Mazurin A.V. i Woroncow I.M. Propedeutyka chorób wieku dziecięcego, s. 322, M., 1985; Przewodnik po pediatrii, wyd. wyd. MY. Bermana i V.K. Vaughan, tłum. z języka angielskiego, książka. 2, s. 337, VI., 1987; Strayer L. Biochemia, przeł. z języka angielskiego, t. 2, s. 25 233, M., 1985.
Testy
1. Największa ilość amoniaku jest wydalana z organizmu w ramach azotowego składnika moczu:
Kreatynina. Sole amonowe. Indicana. Mocznik . Kwas moczowy. Urobilinogen.
2. W metabolizmie aminokwasów metioniny i seryny, jako źródeł rodników jednowęglowych w procesach biosyntezy, witaminy biorą czynny udział jako koenzymy:
Witamina C. Witamina D. Witamina b12. Witamina K. Tiamina. Kwas foliowy. Witamina R. Ryboflawina.
3. Aminokwasy ketogenne obejmują:
Serin. Walin. Leucyna. Metionina. Izoleucyna . Histydyna. Lizyna. Tyrozyna.
4. Z powodu zaburzeń metabolizmu aminokwasów rozwijają się choroby:
Fruktozemia. Dna. Alkaptonuria. Obrzęk śluzowaty. Albinizm Fenyloketonuria. Krzywica.
5. Oligofrenia fenylopirogronowa (fenyloketonuria) spowodowana jest zaburzeniem metabolizmu aminokwasów:
Tyrozyna. Lizyna. Fenyloalanina. Histydyna. Arginina.
6. Przyczyną rozwoju alkaptonurii jest naruszenie metabolizmu aminokwasów:
Cysteina. Tryptofan. Tyrozyna. Metionina. Histydyna. Arginina.
7. Termin „aminokwasy glikogenne” oznacza:
Obniżają próg nerkowy dla glukozy i powodują cukromocz. Zakłócają zdolność komórek do wchłaniania glukozy. Zdolne do przemiany w glukozę i glikogen. Pod względem energetycznym mogą zastąpić glukozę. Zdolny do hamowania procesu glukoneogenezy.
8. Amoniak jest neutralizowany w wątrobie poprzez udział w syntezie mocznika w wątrobie, bezpośrednio zaangażowane są następujące substancje:
Dwutlenek węgla . Lizyna. Ornityna.ATP. Kwas glutaminowy. Asparaginian Amoniak. Kwas szczawiooctowy.
9. W neutralizacji toksycznego amoniaku mogą brać udział:
Kwas acetylooctowy. Wiewiórki. Monosacharydy. Kwas glutaminowy Kwas alfa-ketoglutarowy. Kwas mlekowy.
10. W przypadku choroby obserwuje się czarny mocz:
Dna. Fenyloketonuria. Alkaptonuria . Żółtaczka
11. W alkaptonurii enzym jest uszkodzony:
Monooksygenaza fenyloalaniny. Dioksygenaza kwasu homogentyzynowego (oksydaza). Hydrolaza kwasu fumaryloacetooctowego
12. Który enzym jest uszkodzony w fenyloketonurii?
Monooksygenaza fenyloalaniny. Tyrozynaza. Hydrolaza kwasu fumariacetooctowego
13. W przypadku albinizmu zaburzony jest metabolizm tyrozyny:
Utlenianie i dekarboksylacja. Transaminacja
14. W tyrozynozie enzymy są wadliwe:
Hydrolaza kwasu fumaryloacetooctowego. Transaminaza tyrozynowa
15. Minimalny udział pełnowartościowych białek w diecie dziecka w ich całkowitym spożyciu powinien wynosić:
50%. 75%. 20%
Zadania sytuacyjne
1. Młoda matka poinformowała lekarza o ciemnieniu pieluszek podczas ich suszenia. O jakiej chorobie dziedzicznej możesz pomyśleć? Jakie są zalecenia dietetyczne pediatry?
2. 27. 36 godzin po urodzeniu u chłopca stwierdzono zaburzenia świadomości i oddychania. Poród naturalny, punktualnie. Rodzice są kuzynami. W surowicy krwi stwierdzono zawartość amoniaku powyżej 1000 µM/l (norma 20-80), zawartość mocznika 2,5 mmol/l (norma 2,5-4,5). W moczu stwierdza się zwiększoną zawartość kwasu orotowego. 72 godziny później dziecko zmarło.
Jakie wrodzone wady metaboliczne potwierdzają dane laboratoryjne?
3. U 5-letniego dziecka chorego na zakaźne zapalenie wątroby zawartość mocznika we krwi wynosiła 1,9 mmol/l. Co wynika z tej analizy? Jakie są zalecenia pediatry?
4. W pierwszych dniach po urodzeniu u noworodka występują wymioty, drgawki, we krwi wykryto gwałtowny wzrost zawartości aminokwasu ornityny, a stężenie mocznika jest bardzo niskie. Na jaką chorobę cierpi dziecko? Z jakich zaleceń można skorzystać
5. Pacjent chory na cukrzycę miał wysoki poziom mocznika we krwi. Jednak w okresie pogorszenia stanu ogólnego jego stężenie we krwi z jakiegoś powodu spadło. Wyjaśnij przyczyny wahań poziomu mocznika we krwi.
7. 1,5-miesięczne dziecko wykazuje letarg i letarg. W badaniu stwierdzono zawartość fenyloalaniny we krwi 35 mg/dl (norma 1,4-1,9 mg/dl), zawartość fenylopirogronianu w moczu 150 mg/dl (norma 5-8 mg/dl). Wyciągnij wnioski na temat choroby i jej przyczyny. Jakie zalecenia dietetyczne są wymagane w tym przypadku?
8. 22-letni pacjent z sukcynaturią argininową był skutecznie leczony ketoanalogami aminokwasów fenyloalaniny, waliny i leuiny na diecie niskobiałkowej. Stężenie amoniaku w osoczu spadło z 90 do 30 µmol/l, a wydalanie bursztynianu argininy znacznie się zmniejszyło. Wyjaśnij mechanizm terapeutycznego działania ketoanalogów aminokwasów.
9. W przypadku rodzinnej hiperamonemii, choroby dziedzicznej, występuje utrzymujący się wzrost amoniaku we krwi i całkowity brak cytruliny. Główne objawy kliniczne są związane z uszkodzeniem ośrodkowego układu nerwowego. Jaka reakcja jest blokowana w tej chorobie? Jak będzie się zmieniać dobowe wydalanie mocznika?
10. W moczu pacjentki stwierdzono znaczną ilość kwasu homogentyzynowego. Jaką dziedziczną wadę enzymatyczną można założyć? Zapisz reakcję zablokowaną u tego pacjenta. Jakie są zalecenia dietetyczne dla tego pacjenta?
Jakie są zaburzenia trawienia białek w przewodzie pokarmowym? Jakie dodatkowe badania są potrzebne?
11. Ilość białka w diecie dzieci w wieku od 3 do 13 lat lekarz zaleca na poziomie 2,3 g/kg masy ciała.
12. Dziecko zostało przyjęte do poradni dziecięcej i wymaga zbadania soku żołądkowego. Wprowadzenie sondy jest trudne. Jak przeprowadzić badanie funkcji wydzielniczej żołądka?
23. Pediatra przepisał pepsynę dziecku z chorobą żołądka. Jaki dodatkowy lek jest potrzebny? Dlaczego?
13. Organizm nastolatka otrzymuje dziennie 80 g białka wraz z pożywieniem. W tym czasie z moczem wydalono 16 g azotu. Jaki jest bilans azotowy dziecka? O czym świadczy?
14. Wydalany z moczem silnego fizycznie ucznia szkoły średniej
15 g azotu. Czy muszę zmienić zawartość białka w jego diecie?
15. Dziecko zostało przyjęte na oddział chirurgiczny z bólem brzucha. Badanie laboratoryjne wykazało gwałtowny wzrost wskaźnika w moczu. Jaka jest możliwa przyczyna tego naruszenia?
16. Matka dziecka cierpiąca na niską kwasowość soku żołądkowego zaczęła stosować roztwór kwasu cytrynowego zamiast przepisanego mu kwasu solnego.
Czy taka wymiana jest możliwa? Wyjaśnij, czy taka wymiana jest akceptowalna, czy nie.
Pytania do ostatniej lekcji na temat „Metabolizm białek i aminokwasów”
1. Cechy metabolizmu białek i aminokwasów. Bilans azotowy. Stopień zużycia ciała. Minimum białka. Kryteria wartości odżywczej białek. Dieta białkowa dla małych dzieci. Kwashiorkor.
2. Trawienie białek. Proteinazy przewodu pokarmowego i ich proenzymy. Specyficzność substratowa proteinaz. Endo- i egzopeptydazy. Wchłanianie aminokwasów. Związana z wiekiem charakterystyka procesów trawienia i wchłaniania białek .
3. Gnicie białek w jelicie grubym. Produkty gnicia i mechanizmy ich neutralizacji w wątrobie. Cechy procesów gnilnych w jelicie grubym niemowląt .
4. Dynamiczny stan białek w organizmie. Katepsyny. Autoliza tkanek i rola uszkodzeń lizosomów w tym procesie. Źródła i główne drogi spożycia aminokwasów. Oksydacyjna deaminacja aminokwasów. Oksydazy aminokwasowe, dehydrogenaza glutaminianowa. Inne rodzaje deaminacji aminokwasów.
5. Transaminacja. Aminotransferazy i ich koenzymy. Biologiczne znaczenie reakcji transaminacji. Szczególną rolę w tym procesie odgrywa A-ketoglutaran. Pośrednia deaminacja aminokwasów. Kliniczne znaczenie oznaczania aktywności aminotransferaz w surowicy krwi.
6. Dekarboksylacja aminokwasów i ich pochodnych. Najważniejsze aminy biogenne i ich rola biologiczna. Rozkład amin biogennych w tkankach.
7. Końcowe produkty metabolizmu azotu: sole amonowe i mocznik. Główne źródła amoniaku w organizmie. Neutralizacja amoniaku. Biosynteza mocznika (cykl ornitynowy). Związek pomiędzy cyklem ornitynowym a cyklem Krebsa. Pochodzenie atomów azotu mocznika. Codzienne wydalanie mocznika. Zaburzenia syntezy i wydalania mocznika. Hiperamonemia. Charakterystyka wiekowa wydalania końcowych produktów azotu z organizmu dziecka w wieku poniżej 1 roku życia.
8. Neutralizacja amoniaku w tkankach: redukcyjne aminowanie a-ketokwasów, amidowanie białek, synteza glutaminy. Szczególna rola glutaminy w organizmie. Glutaminaza nerkowa. Adaptacyjne zmiany aktywności glutaminazy nerkowej podczas kwasicy.
9. Cechy metabolizmu fenyloalaniny i tyrozyny. Zastosowanie tyrozyny do syntezy katecholamin, tyroksyny i melanin. Rozkład tyrozyny do kwasu fumarowego i acetooctowego. Dziedziczne zaburzenia metabolizmu fenyloalaniny i tyrozyny: fenyloketonuria, alkaptonuria, bielactwo.
10. Cechy metabolizmu seryny, glicyny, cysteiny, metioniny. Znaczenie kwasu tetrahydrofoliowego i witaminy B 12 w metabolizmie rodników jednowęglowych. Niedobór kwasu foliowego i witaminy B 12. Mechanizm działania bakteriostatycznego leków sulfonamidowych.
11. Związek pomiędzy metabolizmem aminokwasów a metabolizmem węglowodanów i tłuszczów. Aminokwasy glikogenne i ketogenne. Wymienne i niezbędne aminokwasy. Biosynteza aminokwasów z węglowodanów.
STRUKTURA I METABOLIZM KWASÓW NUKLEINOWYCH
1. RNA zawiera zasady azotowe:
Adenina. Guanina. Uracyl . Timin. Cytozyna.
2. Poszczególne nukleotydy w łańcuchu polinukleotydowym są połączone wiązaniami:
Peptyd. Fosfodiester. Dwusiarczek. Wodór.
3. Enzymy biorą udział w trawieniu kwasów nukleinowych – składników nukleoprotein pokarmowych:
Pepsyna. Rybonukleaza. Trypsyna. Fosfolipazy. Dezoksyrybonukleaza. Amylasa. Nukleotydaza. Fosfatazy.
4. Kwasy nukleinowe mają najniższą masę cząsteczkową:
DNA. rRNA. tRNA. mRNA.
5. Końcowym produktem rozkładu purynowych zasad azotowych w organizmie człowieka jest:
6. Ilość dobowego wydalania kwasu moczowego z moczem u zdrowego dorosłego człowieka wynosi:
0,01-0,05 g 0,06-0,15 g 0,35-1,5 g 2,5-5,0 g
7. Końcowym produktem rozkładu pirymidynowych zasad azotowych w organizmie człowieka jest:
Mocznik. Kwas moczowy. Sole amonowe. Kreatynina.
8. W przypadku naruszenia metabolizmu zasad azotowych puryn? Mogą wystąpić stany patologiczne:
Dna. Choroba Gravesa. Choroba kamicy moczowej. Choroba Lescha-Nyhana. Hiperamonemia.
9. Materiałami budowlanymi do syntezy matryc kwasów nukleinowych są następujące substancje:
Monofosforany nukleozydów. Difosforany nukleozydów. Trifosforany nukleozydów. Nukleotydy cykliczne.
1. Proces biosyntezy RNA nazywa się:
11. Biosynteza białek prowadzona przy udziale polisomów i tRNA nazywa się:
Transkrypcja. Audycja. Replikacja. Naprawa. Rekombinacja.
12. Główny sposób reprodukcji informacji genetycznej nazywa się:
Transkrypcja. Audycja. Replikacja. Naprawa. Rekombinacja.
13 Transformacja pro-RNA w formy „dojrzałe” nazywa się:
Rekombinacja. Przetwarzanie. Replikacja. Audycja. Zakończenie.
14. Przetwarzanie i -RNA, tj. jego dojrzewanie jest zredukowane do:
Usunięcie intronów. Usunięcie eksonu. Specyficzna modyfikacja (metylacja, deaminacja itp.).
15 „Bezsensowne kodony” (kodony pozbawione znaczenia) w strukturze mRNA są sygnałem:
Sygnał do rozpoczęcia syntezy białek. Zmutowany zmieniony kodon. Sygnał do zakończenia syntezy białek. Sygnał do przyłączenia grup prostetycznych do syntetyzowanego białka.
16. Pod pojęciem „degeneracja” kodu genetycznego rozumie się:
Zdolność aminokwasu do kodowania przez więcej niż jeden kodon. Zdolność kodonu do kodowania wielu aminokwasów. Zawartość czterech nukleotydów na kodon. Zawartość dwóch nukleotydów w kodonie.
17. Do reguł Chargaffa charakteryzujących cechy podwójnie helikalnej struktury DNA zalicza się:
A = T. G = C. A = C. G = T. A + G = C + T. A + T = G + C.
17. Do syntezy de novo zasad pirymidynowych stosuje się następujące substancje:
Dwutlenek węgla. glutaminian. Glutamina. Asparaginian. Alanin.
19. Aby utworzyć cykl purynowy podczas syntezy nukleotydów purynowych, stosuje się następujące substancje:
Dwutlenek węgla. Asparaginian. Alanin. Glikokol. Glutamina. Pochodne tetrahydrofolianu.
20. Specyfika oddziaływania aminokwasów z t-RNA wynika z:
Skład antykodonowy. Cecha organizacji strukturalnej tRNA. Specyficzność syntetaz aminoacylo-tRNA. Struktura aminokwasów.
21. Do syntezy nukleotydów pirymidynowych stosuje się:
CO2. Glutamina. Asparaginian. Alanin
22. Prekursorami syntezy nukleotydów purynowych są:
Kwas inozynowy. Kwas orotowy. Kwas moczowy
23 Orotataciduria rozwija się, gdy enzym jest „zablokowany”:
Transferaza karbamoiloasparaginianowa. Orotanowa fosforybozylotransferaza
Oksydaza ksantynowa.
24. Pierwszym etapem syntezy pierścienia pirymidynowego jest:
Fosforan karbamoilu. Rybozo-5-fosforan. Kwas orotowy. Asparaginian
25. Nukleotyd – prekursor w syntezie nukleotydów pirymidynowych to:
Monofosforan inozyny. Orotan monofosforan. Kwas ksantylowy. Kwas orotowy
26. Kluczowymi enzymami w syntezie nukleotydów pirymidynowych są:
27. Kluczowymi enzymami w syntezie nukleotydów purynowych są:
Syntetaza karbamoilofosforanowa. Transferaza karbamoiloasparaginianowa. Fosforybozyloamidotransferaza
28. W przypadku niedoborów odporności aktywność enzymów jest zmniejszona:
Deaminaza adenozyny. Oksydaza ksantynowa. Fosforylaza nukleozydów purynowych
29. W zespole Lescha-Nyhana aktywność enzymów jest zmniejszona:
Oksydaza ksantynowa. Fosforybozylotransferaza adeninowa. Fosforybozylotransferaza hipoksantynowo-guaninowa
30. W przypadku orotatacidurii aktywność enzymu zmniejsza się:
Orotanowa fosforybozylotransferaza. Dehydrogenaza dihydroorotanowa. Transferaza karbamoiloasparaginianowa
31. Proces przekształcania pro-RNA w formy dojrzałe nazywa się:
Rekombinacja. Przetwarzanie. Audycja. Zakończenie. Replikacja
32. Kiedy następuje łączenie:
Wycięcie kopii intronów. Wycięcie kopii eksonów. Połączenie regionów informacyjnych RNA
33. Do transkrypcji potrzebujesz:
DNA. Elementarz. Polimeraza RNA. Czynniki białkowe. Trifosforany nukleotydów. Topoizomeraza
34. Enzymy biorą udział w syntezie RNA:
Polimerazy RNA. Polimerazy DNA. Topoizomerazy. Primazy
35. „Eksony” pro-RNA nazywane są:
Regiony niekodujące. Białka pomocnicze. Miejsce terminala. Regiony kodowania. Uruchom witrynę
36. Enzymy biorą udział w naprawie DNA:
Ligazy DNA. Polimerazy DNA.) Enzymy restrykcyjne DNA. Primazy
37. Do replikacji potrzebujesz:
DNA. Elementarz. I-RNA. Czynniki białkowe. Trifosforany nukleotydów.
T opoizomeraza
38. Enzymy biorą udział w syntezie DNA:
Polimerazy RNA. Polimerazy DNA. Peptydylotransferazy. tTopoizomerazy. Primazy
39. Regulacja syntezy białek polega na:
regulator genów. Egzon. Operator genowy. Represor. Intron. Gen strukturalny
40. Dzięki potranslacyjnej modyfikacji białek możliwe są:
Częściowa proteoliza. Glikozylacja. Modyfikacja aminokwasów. Przymocowanie grupy protetycznej
41. Proces przemieszczania się mRNA wzdłuż rybosomu nazywa się:
Translokacja. Audycja. Zakończenie
42. Enzym bierze udział w tworzeniu wiązań peptydowych podczas biosyntezy białek:
Peptydylotransferaza. Topoizomeraza. Helikaza
43. Sygnałem początku i końca syntezy łańcucha polipeptydowego jest:
Specyficzne kodony mRNA. Niektóre enzymy. Niektóre aminokwasy
44. Dzienne wydalanie mocznika u osoby dorosłej wynosi:
1,0-2,0 g. 20,-30,0 g. 2,0-8,0 g. 35,0-50,0 g. 8,0-20,0 g.
0,1-0,3 mmol/l. 0,17-0,41 mmol/l. 0,05-0,1 mmol/l
46. Proporcja azotu kwasu moczowego w moczu dzieci wynosi:
1-3%. 3-8,5 %. 0,5-1,0 %.
47. Udział azotu mocznikowego w moczu noworodków wynosi:
30% . 75% . 50%.
Zadania sytuacyjne
1. Pacjent skarży się na bóle stawów. Poziom kwasu moczowego we krwi wynosi 0,26 mmol/l. Ilość kwasów sialowych wynosi 4,5 mmol/l
(norma 2,0-2,6 mmol/l). Jaką chorobę można wykluczyć?
2. U dziecka zdiagnozowano wadę genetyczną enzymu fosforybozylotransferazy hipoksantynowo-guaninowej. Do jakich konsekwencji może to prowadzić?
3. Pacjent skarży się na bóle stawów. Poziom kwasu moczowego we krwi wynosi 0,56 mmol/l. Ilość kwasów sialowych wynosi 2,5 mmol/l (normalnie jest to 2,0-2,6 mmol/l). Jaka choroba jest najbardziej prawdopodobna? Jaka dieta jest wskazana?
4. W wyniku mutacji genu zmienia się kolejność naprzemienności nukleotydów w kodonie. Do czego to może prowadzić?
5. Dziecko chore na hipowitaminozę ma obniżony metabolizm kwasów nukleinowych. Wyjaśnij przyczyny naruszeń. Które witaminy są wskazane jako pierwsze?
6. W cukrzycy tempo syntezy kwasów nukleinowych znacznie spada. Opisz możliwe przyczyny tego naruszenia.
7. W wyniku mutacji genu zmienia się kolejność naprzemienności nukleotydów w kodonie. Do czego to może prowadzić?
8. Komórki nowotworowe charakteryzują się przyspieszonym podziałem i wzrostem komórek. Jak można temu zapobiec, wpływając na syntezę zasad azotowych?
Pytania do ostatniej lekcji na temat „Metabolizm nukleoprotein”
1. Kwasy nukleinowe jako związki polimerowe. Skład i budowa nukleotydów, ich funkcje w organizmie. Biologiczne znaczenie kwasów nukleinowych. Poziomy organizacji strukturalnej. Specyfika gatunkowa struktury pierwotnej.
2. Główne rodzaje kwasów nukleinowych w tkankach. Ich ogólna charakterystyka. Cechy składu chemicznego, struktury i właściwości cząsteczek DNA. Komplementarność zasad azotowych. Denaturacja i renatywacja DNA. Hybrydyzacja DNA"DNA i DNA"RNA.
3. Rozpad nukleotydów pirymidynowych i purynowych w tkankach. Końcowe produkty rozkładu. Cechy usuwania kwasu moczowego z organizmu. Hiperurykemia. Dna.
4. Biosynteza nukleotydów pirymidynowych. Allosteryczne mechanizmy regulacji.
5. Biosynteza nukleotydów purynowych. Pochodzenie części rdzenia purynowego. Początkowe etapy biosyntezy. Kwas inozynowy jako prekursor kwasów adenylowego i guanylowego. Allosteryczne mechanizmy regulacji biosyntezy.
6. Biosynteza DNA. Replikacja i naprawa uszkodzeń. Enzymy biosyntezy DNA. Matryca. Zgodność pierwszorzędowej struktury produktu reakcji z pierwszorzędową strukturą osnowy. Nasiona (podkład). Macierzowa rola RNA. Rewertaza.
7. Biosynteza RNA. Polimerazy RNA. Transkrypcja to transfer informacji z DNA na RNA. Tworzenie pierwotnego transkryptu, jego dojrzewanie (przetwarzanie).
8. Biosynteza białek. Komunikator (posłaniec) RNA. Podstawowy postulat biologii molekularnej: białko DNA®iRNA®. Zgodność sekwencji nukleotydowej genu z sekwencją aminokwasową białka (kolinearność). Problem przełożenia czterocyfrowego zapisu informacji o nukleotydach na dwudziestoznakowy zapis aminokwasów. Charakterystyka kodu nukleotydowego.
9. Transferowe RNA (tRNA), cechy budowy i funkcje. Formy izoakceptorowe tRNA. Biosynteza aminoacylo-tRNA. Znaczenie wysokiej specyficzności substratowej syntetaz aminoacylo-tRNA.
10. Biologiczne systemy biosyntezy białek. Struktura rybosomów. Sekwencja zdarzeń podczas biosyntezy łańcucha polipeptydowego. Inicjacja, elongacja, zakończenie. Regulacja biosyntezy białek. Inhibitory biosyntezy macierzy: leki, toksyny wirusowe i bakteryjne. Potranslacyjne zmiany w łańcuchu polipeptydowym.
I. Cel studiów: wiedzieć końcowe produkty metabolizmu białek w organizmie, główne źródła powstawania amoniaku, sposoby jego neutralizacji z organizmu.
II. Być w stanie określić ilościowo zawartość mocznika metodą reakcji barwnej z monooksymem diacetylu w surowicy krwi; zapoznaj się z właściwościami fizykochemicznymi mocznika.
III. Początkowy poziom wiedzy: reakcje jakościowe na amoniak (chemia nieorganiczna).
IV. Odpowiedź na pytania biletów kontroli końcowej na temat: „Rozkład prostych białek. Metabolizm aminokwasów, produkty końcowe metabolizmu azotu.”
1. Końcowymi produktami rozkładu substancji zawierających azot są dwutlenek węgla, woda i amoniak, w przeciwieństwie do węglowodanów i lipidów. Źródłem amoniaku w organizmie są aminokwasy, zasady azotowe i aminy. Amoniak powstaje w wyniku bezpośredniej i pośredniej deaminacji aminokwasów, (głównego źródła) deaminacji hydrolitycznej zasad azotowych oraz inaktywacji amin biogennych.
2. Amoniak jest toksyczny i jego działanie objawia się w kilku układach funkcjonalnych: a) łatwo przenikające błony (utrudniają przezbłonowy transfer Na+ i K+) w mitochondriach wiąże się z α-ketoglutaranem i innymi ketokwasami (TCA), tworząc amino kwasy; w tych procesach stosuje się również równoważniki redukujące (NADH+H+).
b) przy wysokich stężeniach amoniaku, glutaminianu i asparaginianu tworzą amidy, wykorzystując ATP i zakłócając ten sam cykl TCA, który jest głównym źródłem energii funkcjonowania mózgu. c) Nagromadzenie glutaminianu w mózgu zwiększa ciśnienie osmotyczne, co prowadzi do rozwoju obrzęków. d) Wzrost stężenia amoniaku we krwi (N – 0,4 – 0,7 mg/l) powoduje przesunięcie pH w stronę zasadową, zwiększając powinowactwo O 2 do hemoglobiny, co powoduje niedotlenienie tkanki nerwowej. e) Spadek stężenia α-ketoglutaranu powoduje zahamowanie metabolizmu aminokwasów (syntezy neuroprzekaźników), przyspieszenie syntezy szczawiooctanu z pirogronianu, co wiąże się ze zwiększonym zużyciem CO2.
3. Hiperamonemia ma przede wszystkim negatywny wpływ na mózg i towarzyszą jej nudności, zawroty głowy, utrata przytomności i upośledzenie umysłowe (w postaci przewlekłej).
4. Główną reakcją wiązania amoniaku we wszystkich komórkach jest synteza glutaminy pod wpływem syntetazy glutaminy w mitochondriach, gdzie wykorzystywany jest w tym celu ATP. Glutamina dostaje się do krwi poprzez ułatwioną dyfuzję i jest transportowana do jelit i nerek. W jelicie pod działaniem glutaminazy powstaje glutaminian, który transaminuje z pirogronieniem, przekształcając go w alaninę, która jest wchłaniana przez wątrobę; 5% amoniaku jest usuwane przez jelita, pozostałe 90% jest wydalane przez nerki.
5. W nerkach glutamina jest również hydrolizowana do amoniaku pod wpływem glutaminazy, która jest aktywowana przez kwasicę. W świetle kanalików amoniak neutralizuje kwaśne produkty przemiany materii, tworząc sole amonowe do wydalania, jednocześnie zmniejszając utratę K + i Na +. (N – 0,5 g soli amonowych dziennie).
6. Wysoki poziom glutaminy we krwi warunkuje jej zastosowanie w wielu reakcjach anabolicznych jako donora azotu (synteza zasad azotowych itp.)
7. Największe ilości amoniaku neutralizowane są w wątrobie poprzez syntezę mocznika (86% azotu w moczu) w ilości ~25 g/dobę. Biosynteza mocznika jest procesem cyklicznym, w którym występuje kluczowa substancja ornityna, dodanie karbamoilu powstałego z NH3 i CO2 po aktywacji 2ATP. Cytrulina wytwarzana w mitochondriach jest transportowana do cytozolu, gdzie wprowadza drugi atom azotu z asparaginianu i tworzy argininę. Arginina jest hydrolizowana przez arginazę i ponownie przekształca się w ornitynę, a drugim produktem hydrolizy jest mocznik, który tak naprawdę w tym cyklu powstał z dwóch atomów azotu (źródła – NH 3 i asparaginian) oraz jednego atomu węgla (z CO 2). Energii dostarcza 3ATP (2 podczas tworzenia fosforanu karbomolu i 1 podczas tworzenia argininobursztynianu).
8. Cykl ornitynowy jest ściśle powiązany z cyklem TCA, ponieważ asparaginian powstaje podczas transaminacji PKA z cyklu TCA, natomiast fumaran pozostały z asparaginianu po usunięciu NH 3 powraca do cyklu TCA i po przekształceniu w PKA tworzą się 3 ATP, zapewniające biosyntezę mocznika cząsteczka.
9. Dziedziczne zaburzenia cyklu ornitynowego (cytrulinemia, argininosukcynaturia, hiperargininemia) prowadzą do hiperamminemii, a w ciężkich przypadkach mogą prowadzić do śpiączki wątrobowej.
10. Prawidłowy poziom mocznika we krwi wynosi 2,5-8,3 mmol/l. Spadek obserwuje się w chorobach wątroby, wzrost jest wynikiem niewydolności nerek.
Praca laboratoryjna
Forma wydalania azotu białkowego – w postaci amoniaku, mocznika czy kwasu moczowego – jest ściśle związana z warunkami życia, kolorem i dostępnością wody (tab. 10.4). Amoniak jest wysoce toksyczny nawet w bardzo małych stężeniach, dlatego musi działać szybko
usuwane albo przez wydalanie do środowiska zewnętrznego, albo przez konwersję do mniej toksycznych substancji (mocznik lub kwas moczowy).
U większości bezkręgowców wodnych końcowym produktem metabolizmu białek jest amoniak. Dzięki łatwej rozpuszczalności i niskiej masie cząsteczkowej dyfunduje niezwykle szybko. Znaczna jego część może zostać wydalona przez każdą powierzchnię mającą kontakt z wodą – niekoniecznie przez nerki. U ryb kostnych większość azotu jest wydalana w postaci amoniaku przez skrzela. U karpia i złotej rybki skrzela wydzielają 6–10 razy więcej azotu niż nerki, z czego tylko 10% stanowi mocznik; pozostałe 90% jest wydalane w postaci amoniaku (Smith, 1929).
MOCZNIK
Mocznik jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i ma dość niską toksyczność. Syntezą mocznika u zwierząt wyższych zajmował się słynny biochemik Hans Krebs – ten sam naukowiec, od którego imienia nazwano cykl metabolizmu energii oksydacyjnej (cykl kwasów trikarboksylowych, czyli cykl Krebsa).
W syntezie mocznika amoniak i dwutlenek węgla kondensują z fosforanem, tworząc fosforan karbamoilu, który następnie wykorzystuje się do syntezy cytruliny z ornityny, jak pokazano na ryc. 10.13. Następnie z kwasu asparaginowego dodaje się kolejną cząsteczkę amoniaku, co prowadzi do powstania aminokwasu argininy. W obecności enzymu arginazy arginina rozkłada się na mocznik i ornitynę. Z ornityny syntetyzowana jest nowa cząsteczka cytruliny i cały cykl się powtarza; dlatego nazywa się całą tę ścieżkę transformacji cykl ornitynowy synteza mocznika. Obecność arginazy u zwierzęcia wskazuje na jego zdolność do wytwarzania mocznika i często wskazuje, że mocznik jest jego głównym wydalaniem azotu. Ale niekoniecznie tak jest, ponieważ obecność arginazy jest możliwa nawet w przypadku braku całego cyklu.
MOCZNIK U KRĘGOWCÓW
Kręgowce wydzielające głównie mocznik i posiadające do jego syntezy enzymy cyklu ornitynowego pokazano na ryc. 10.14. Pewne ilości mocznika są wydzielane przez ryby kostnoszkieletowe, a u spodamobranch, płazów i ssaków jest to główne wydalanie azotu. U spodamobranch (rekinów i płaszczek), a także u żaby krabożernej i celakanty Latimeria mocznik jest zatrzymywany w organizmie i gra
odgrywa ważną rolę w samoregulacji i dlatego jest cennym produktem metabolicznym. U spodamobranch mocznik jest filtrowany w kłębuszkach, ale ze względu na jego znaczenie dla osmoregulacji nie powinien być tracony z moczem; dlatego jest zwracany w wyniku aktywnej resorpcji w kanalikach. U płazów sytuacja jest odmienna.
Mocznik jest filtrowany, a ponadto znaczna jego ilość jest dodawana do moczu w drodze aktywnego wydzielania w kanalikach. Zatem zarówno spodamobranchy, jak i płazy mają aktywny transport rurowy mocznika, ale w tych grupach odbywa się on w różnych kierunkach. Oczywiście mechanizmy pompowania nie są tu identyczne metabolicznie, ponieważ eksperymenty z wieloma blisko siebie pochodnymi mocznika dają różne wyniki w obu grupach zwierząt (Tabela 10.5). Jest to doskonały przykład tego, jak ta sama funkcja fizjologiczna zachodzi niezależnie w dwóch grupach, niekoniecznie wykorzystując te same mechanizmy do osiągnięcia tego samego celu (w tym przypadku transportu aktywnego mocznika).
U żaby krabożernej, która zatrzymuje również mocznik do osmoregulacji, aktywne ponowne wchłanianie tej substancji w kanalikach
nie znaleziono (Schmidt-Nielsen, Lee, 1962). Jej mocz powstaje powoli, a kanaliki nerkowe są bardzo przepuszczalne dla mocznika. Dlatego mocznik dyfunduje z płynu kanalikowego
Ryż. 10.14. Uwalnianie azotu na różnych etapach filogenezy kręgowców. Linie” otoczone są przez grupy zwierząt wydzielających odpowiednio amoniak, mocznik i kwas moczowy jako główne odchody. (B. Schmidt-Nielsen, 3972.)
z powrotem do krwi i pojawia się w moczu w mniej więcej takim samym stężeniu jak we krwi. Zatem tylko niewielkie ilości są tracone z moczem.
Jeśli u zwykłych żab występuje aktywne kanalikowe wydzielanie mocznika, to dlaczego żaba krabożerna nie używa
Tabela 10.5
Mocznik jest aktywnie transportowany przez kanaliki nerkowe rekina (aktywne wchłanianie zwrotne) i żaby (aktywne wydzielanie). Jednak w przypadku trzech innych pokrewnych substancji wyniki uzyskane u tych dwóch gatunków zwierząt są zupełnie odmienne. Sugeruje to, że mechanizm transportu komórkowego w ich nerkach jest inny. (B. Schmidt-Nielsen, Rabinovitz, 1964)
taką pompę, po prostu zmieniając jej kierunek na przeciwny? Odpowiedź na to pytanie nie jest łatwa, ale wydaje się, że kierunek transportu aktywnego jest konserwatywną funkcją fizjologiczną, której nie można łatwo zmienić. Jak już widzieliśmy, zarówno w skórze żaby, jak i nerce ssaka, zachowany jest kierunek aktywnego transportu chlorku sodu z zewnątrz do wnętrza organizmu. Jednak w nerkach ssaków odwrotny transport NaCl do wewnątrz z płynu kanalikowego do organizmu odbywa się w układzie przeciwprądowym zwielokrotniającym, w taki sposób, że mimo wszystko efektem końcowym jest zagęszczony mocz.
Zwykle pogląd na wydalanie mocznika przez nerki ssaków jest taki, że mocznik jest filtrowany w kłębuszkach, a następnie biernie przechodzi przez kanaliki, chociaż jego część, ze względu na dużą dyfuzyjność, biernie dyfunduje z powrotem do krwi. Istnieją jednak; przekonujących dowodów na to, że mocznik służy jako ważny element namnażającego się układu przeciwprądowego i że sposób wydalania mocznika jest istotnym elementem funkcjonowania nerek u ssaków.
MOCZNIK I METAMORFOZA U PŁAZÓW
Kijanki żab i ropuch produkują głównie amoniak; dorosłe zwierzęta wydalają mocznik. U żaby (Rana tymczasowa), ropuchy (Bufo bufo) tryton (Triturus uulgaris) i innych płazów podczas metamorfozy następuje wyraźne przejście od uwolnienia amoniaku do wydalenia mocznika. Jednak południowoafrykańska żaba szponiasta (Ksenopos), który pozostaje w wodzie nawet w stanie dorosłym, na tym etapie nadal wydziela amoniak (Tabela 10.6).
Powiązane jest przejście do wydalania mocznika podczas metamorfozy u płazów półlądowych; z zauważalnym wzrostem aktywności wszystkich enzymów cyklu ornitynowego w wątrobie (Brown i in., 1959).
Tabela 10.6
Produkcja amoniaku u ropuchy lądowej Bufo bufo oraz u całkowicie wodnego płaza bezogonowego Xenopus laevis. Liczby wskazują uwalnianie wolnego amoniaku jako procent całkowitej ilości amoniaku i mocznika uwolnionych na różnych etapach rozwoju. (Munro, 1953)
Co ciekawe, osobniki płazów wodnych Xenopos, ekstrahowany: przez kilka tygodni z wody mocznik gromadzi się we krwi i tkankach. Akumulacja mocznika może być wywołana poprzez umieszczenie zwierząt w 0,9% roztworze NaCl. Kiedy dorosłe osobniki trzymano z dala od wody, ale w wilgotnym mchu (w celu uniknięcia odwodnienia), stężenie mocznika we krwi wzrosło 10–,20 razy i osiągnęło prawie 100 mmol/l. Po powrocie zwierząt do wody uwolniony został nadmiar mocznika (Balinsky i in., 1961).
W grupie osób Xenopos, które w warunkach naturalnych doświadczyły letniej suszy w mule w pobliżu wyschniętego stawu, stężenie mocznika również wzrosło 15-20 razy. Wśród enzymów biorących udział w syntezie mocznika ilość syntetazy karbamoilofosforanowej, odpowiedzialnej za pierwszy etap syntezy (patrz ryc. 10.13), wzrosła około sześciokrotnie, ale aktywność pozostałych enzymów w cyklu nie uległa zmianie. Jest możliwe, że synteza karbamoilofosforanu jest etapem ograniczającym szybkość syntezy mocznika, a wzrost poziomu tego enzymu prawdopodobnie utrzymuje niski poziom amoniaku w osoczu, gdy zwierzęta nie mają wody (Balinsky i in., 1967).
Mocznik w rybach dwudysznych
U afrykańskich dwudysznych Protopter Absolutnie takie same zmiany zachodzą jak u płazów. W normalnych warunkach, gdy taka ryba żyje w wodzie, wydziela dużo amoniaku
(i pewna ilość mocznika), ale gdy w czasie suszy znajdzie się w kokonie w wysuszonym mule, wówczas wszystkie zawarte w nim odpady azotowe przekształcają się w mocznik, który gromadzi się we krwi, gdzie jego stężenie pod koniec okresu trzech- roczny pobyt w kokonie może osiągnąć 3% (500 mmol/l) (Smith, 1959).
Wszystkie pięć enzymów cyklu ornitynowego znaleziono w wątrobie afrykańskiej ryby dwudysznej (Janssens i Cohen, 1966). Poziomy dwóch enzymów ograniczających szybkość syntezy mocznika są podobne u tej ryby i u kijanki żaby Rana Catbeia i znacznie niższe niż poziomy stwierdzane u dorosłych żab. Jest to zgodne z faktem, że dwudyszne preferencyjnie uwalniają amoniak, gdy znajdują się w wodzie. Obliczono jednak, że ilość enzymów cyklu ornitynowego zawarta w wątrobie ryb dwudysznych nie zapadających w stan hibernacji jest wystarczająca, aby zapewnić akumulację mocznika faktycznie obserwowaną podczas hibernacji (Forster i Goldstein, 1966).
U australijskich dwudysznych Neoceratodus stężenie enzymów cyklu ornitynowego jest niskie, co jest zgodne ze stylem życia tej ryby: wykorzystuje ona płuca jedynie jako dodatkowy narząd oddechowy i może przetrwać w powietrzu jedynie przez krótki czas (oddychanie dwudysznych zob. Rozdział 2). Synteza mocznika w skrawkach wątroby dwudysznych australijskich jest sto razy wolniejsza niż u dwudysznych afrykańskich. Jest to ponownie zgodne z czysto wodnym trybem życia pierwszego z nich (Goldstein i in., 1967).
KWAS MOCZOWY
Produkcja kwasu moczowego występuje głównie u owadów, ślimaków lądowych, większości gadów i ptaków. Wszystkie te zwierzęta są zwierzętami typowo lądowymi i powstawanie w nich kwasu moczowego można uznać za skuteczną adaptację oszczędzającą wodę podczas życia na lądzie. Ponieważ kwas moczowy i jego sole są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie (jego rozpuszczalność wynosi około 6 mg na 1 litr wody), reabsorpcja wody z moczu prowadzi do wytrącania się kwasu moczowego i jego soli.
KWAS MOCZOWY U PTAKÓW I OWADÓW
Półstała, biała część ptasich odchodów to mocz i składa się głównie z kwasu moczowego; Na wydalanie azotowych odchodów ptaki zużywają bardzo mało wody; u niektórych owadów zmniejszenie utraty wody z moczem jest tak duże, że w ogóle nie wydalają one kwasu moczowego, lecz odkładają go w różnych częściach ciała, głównie w
grube ciało. Dlatego takie formy w ogóle nie potrzebują wody do usunięcia końcowych produktów azotowych (Kilby, 1963).
Sugerowano, że stosowanie kwasu moczowego jako głównych odchodów zapewnia ptakom kolejną korzyść. Ponieważ wymagają one niewielkiej ilości wody do wytworzenia moczu, uważa się, że wydzielanie kwasu moczowego zmniejsza masę ciała u latających ptaków. Pomysł ten nie jest jednak przekonujący, ponieważ ptaki mające dostęp do wody (zarówno słodkiej, jak i morskiej) często wydalają duże ilości płynnego moczu.
JAJKO KLEJDOICKIE
Joseph Needham zaproponował, że różnica między kręgowcami wytwarzającymi mocznik (ssaki i płazy) a kręgowcami wytwarzającymi kwas moczowy (gady i ptaki) wynika przede wszystkim ze sposobu rozmnażania. Jajo płaza rozwija się w wodzie, natomiast zarodek ssaka rozwija się w płynnym środowisku macicy, gdzie produkty przemiany materii dostają się do krwi matki. Natomiast rozwój embrionalny gadów i ptaków zachodzi w zamkniętym, tzw Klejdyk jajo, które wymienia tylko gazy ze środowiskiem zewnętrznym, a wszystkie odchody pozostają w skorupce. Zapas wody w jaju kleidyka jest bardzo mały, a amoniak jest oczywiście zbyt toksyczny, aby zarodek tolerował jego obecność w dużych ilościach. Gdyby wytworzył się mocznik, pozostałby on w jajku i gromadził się w stanie rozpuszczonym. Tymczasem kwas moczowy może się wytrącić i w ten sposób zostać zasadniczo usunięty; tak się dzieje, gdy odkłada się w postaci kryształów w omoczni, która w ten sposób służy jako embrionalny pęcherz.
KWAS MOCZOWY U gadów
Jaszczurki i węże wydalają głównie kwas moczowy; wiele żółwi wydala mieszaninę kwasu moczowego i mocznika, podczas gdy krokodyle wydalają głównie amoniak (Cragg i in., 1961). Jest to zgodne z ogólną tezą, że sposób wydalania azotu jest ściśle powiązany z ilością dostępnej w środowisku wody.
Krokodyle i aligatory wydalają amoniak z moczem, gdzie głównym kationem jest NH4+, a głównym anionem jest HCO 3 - (Coulson i in., 1950; Goulson i Hernandez, 1955). Możliwe, że obecność tych jonów w moczu pomaga tej słodkiej wodzie
Lepiej jest, aby zwierzęta zatrzymywały jony Na + i C1 -, których utrata w kale, nawiasem mówiąc, jest również bardzo mała.
Nie ma wątpliwości co do ścisłego związku między siedliskiem żółwi a uwalnianiem przez nie azotu. W tabeli Rycina 10.7 przedstawia skład próbek moczu ośmiu gatunków żółwi pobranych z londyńskiego zoo. Gatunki o najbardziej wyraźnym wodnym trybie życia wytwarzają znaczne ilości amoniaku i mocznika oraz jedynie śladowe ilości kwasu moczowego; w większości postaci lądowych ponad połowa azotu jest wydalana w postaci kwasu moczowego.
Tabela 10.7
Udział azotu w moczu różnych żółwi (jako procent całkowitego wydalonego azotu). Formy najbardziej kojarzone z wodą nie wytwarzają kwasu moczowego prawie w ogóle, jednak substancja ta dominuje u gatunków lądowych z obszarów suchych. Moyle’a, 1949 )
Istnieją sprzeczne informacje na temat tego, czy żółwie wydalają głównie mocznik, czy kwas moczowy. Faktem jest, że różnią się nie tylko gatunki, ale także w obrębie jednego gatunku niektóre osobniki mogą wydzielać głównie kwas moczowy, inne – głównie mocznik, a jeszcze inne – mieszaninę obu substancji (Khalil, Haggag, 1955). Nawet ta sama osoba może z czasem przejść z jednego połączenia do drugiego. Niektóre
ilość wytrąconego kwasu moczowego jest zatrzymywana w kloace, a płynna część moczu jest wydalana; sprawia to, że oznaczenie powstałego kwasu moczowego na podstawie analizy jednej lub większej liczby próbek moczu jest zawodne: jeśli kloaka nie zostanie całkowicie opróżniona, można uzyskać bardzo małe liczby, a przy takiej ewakuacji wypłynie osad, który nagromadził się przez pewien czas , będzie za dużo kwasu moczowego.
U żółwia Testudo Mauritanica przejście od mocznika do kwasu moczowego i z powrotem wydaje się być bezpośrednio zależne od temperatury i zawartości wody w organizmie. Wytwarzanie kwasu moczowego wzrasta, gdy równowaga płynów jest niekorzystna, ale mechanizm powodujący tę zmianę aktywności biochemicznej jest niejasny.
Wspomnieliśmy już w rozdziale 9, że żaba afrykańska Chiromantis xerampelina traci wodę przez skórę bardzo powoli, mniej więcej w tym samym tempie co gady. Jest podobny do gadów, ponieważ wydziela głównie kwas moczowy, a nie mocznik, jak to zwykle jest charakterystyczne dla dorosłych płazów. Jest to fakt rewelacyjny, gdyż stoi w sprzeczności z ogólnie przyjętą koncepcją wydalania azotu u płazów. Dokładność tego doniesienia nie budzi wątpliwości, gdyż w moczu oznaczano kwas moczowy Chiromantis metodą enzymatyczną specyficzną dla tej substancji i stwierdzono, że stanowi ona aż 60-75% suchej masy moczu (Loveridge, 1970).
Żaba z Afryki Południowej Phyllotnedusa sauvagii pod tym względem jest również podobny do gadów. Utrata wody przez skórę jest tego samego rzędu wielkości, co u gadów z suchą powłoką, a mocz zawiera dużą ilość półstałego osadu moczanu (Shoemaker i in., 1972). W postaci moczanu Filomeduza Uwalnia się 80% całkowitego azotu, a zwiększone spożycie wody nie zmienia intensywności tworzenia moczanów. Gatunek ten nadal wydala głównie kwas moczowy, nawet jeśli występuje nadmiar wody. Kiedy żaba musi oszczędzać wodę, wydalanie kwasu moczowego (zamiast mocznika) staje się bardzo ważne. Oblicza się, że gdyby produktem wydalniczym tej żaby był mocznik, to do wytworzenia moczu potrzeba byłoby około 60 ml wody dziennie na 1 kg masy ciała. Tymczasem dzięki temu, że P. sauvagii wydziela kwas moczowy, traci z moczem zaledwie 3,8 ml wody dziennie na 1 kg masy ciała (Shoemaker, McClanahan, 1975).
AMONIAK I FUNKCJA NEREK
Z tego wszystkiego, co powiedziano powyżej, może się wydawać, że amoniak jest emitowany głównie przez zwierzęta wodne, ale nie jest to do końca prawdą. Amoniak zwykle występuje także w moczu zwierząt lądowych, gdzie służy do regulacji pH moczu. Jeśli mocz staje się kwaśny z powodu uwalniania kwaśnych produktów przemiany materii, dodaje się amoniak w celu jego zneutralizowania.
Nadmiar kwasu powstaje zwykle podczas metabolizmu białek, ponieważ końcowym produktem utleniania aminokwasu cysteiny zawierającego siarkę jest kwas siarkowy. Im bardziej kwaśny mocz, tym więcej amoniaku. Amoniak, używany do neutralizacji kwaśnego moczu, powstaje w nerkach z aminokwasu glutaminy. Nerki zawierają glutaminazę, która produkuje amoniak. Dlatego amoniak w moczu ssaków nie jest bezpośrednio powiązany z amoniakiem powstającym w wątrobie podczas deaminacji aminokwasów i w tym sensie nie powinien być uważany za normalny produkt końcowy metabolizmu białek.
UWOLNIENIE KWASÓW NUKLEINOWYCH I AZOTU
Kwasy nukleinowe zawierają dwie grupy związków azotowych: puryny (adenina i guanina) oraz pirymidyny (cytozyna i tymina). U niektórych zwierząt puryny są wydalane w postaci kwasu moczowego (który sam jest puryną); u innych zwierząt struktura puryn jest rozkładana na szereg związków pośrednich lub na amoniak, z których każdy może zostać wydalony z organizmu.
Metaboliczny rozkład puryn i uwalnianie ich produktów końcowych nie został zbadany tak dokładnie, jak metabolizm białek 13ot. Najważniejsze dane podano w tabeli. 10.8. U ptaków, gadów lądowych i owadów puryny rozkładają się na kwas moczowy, który jest wydalany z organizmu. Są to zwierzęta, u których kwas moczowy jest syntetyzowany z azotu aminowego; Oczywiście nie miałoby sensu, gdyby zwierzę syntetyzowało kwas moczowy i jednocześnie posiadało mechanizmy jego rozkładu. Nie można zatem spodziewać się dalszego rozkładu puryn u zwierząt, u których kwas moczowy jest końcowym produktem metabolizmu białek.
Wśród ssaków szczególną grupę stanowią ludzie, małpy człekokształtne i dog niemiecki: wydzielają kwas moczowy, podczas gdy inne ssaki wydzielają alantoinę. Alantoina powstaje z kwasu moczowego w wyniku pojedynczej transformacji w obecności enzymu urykazy. Ludzie i wielkie małpy człekokształtne nie mają tego enzymu. Kwas moczowy, ze względu na swoją słabą rozpuszczalność, czasami odkłada się w organizmie człowieka, powodując obrzęk stawów i bardzo bolesną chorobę -
Tabela 10.8
Azotowe produkty końcowe metabolizmu puryn u różnych zwierząt. (Keilin, 1959)
dna Gdyby ludzie zachowali enzym urykazę, dna moczanowa by nie istniała.
Chociaż dalmatyńczyk wytwarza znacznie więcej kwasu moczowego niż inne psy, nie jest to spowodowane jakimś defektem metabolicznym. Wątroba każdego psa zawiera urykazę i wytwarza trochę alantoiny. Jednak dog niemiecki ma wadę nerek, która uniemożliwia kanalikowe wchłanianie zwrotne kwasu moczowego (co występuje u innych ssaków, w tym ludzi). dlatego u doga niemieckiego kwas moczowy jest wydalany z moczem szybciej, niż jest przetwarzany przez wątrobę na alantoinę (Yu i in., 1960). Wiele dowodów sugeruje, że kwas moczowy u doga dalmatyńskiego jest nie tylko filtrowany w kłębuszkach, ale jest również wydalany w drodze aktywnego transportu w kanalikach (Keilin, 1959).
Puryny, adenina i guanina, mają budowę podobną do kwasu moczowego: zawierają jeden pierścień sześcioczłonowy i jeden pięcioczłonowy. Ale pirymidyny (cytozyna i tymina) są pojedynczymi sześcioczłonowymi pierścieniami zawierającymi dwa atomy azotu. U wyższych kręgowców pirymidyny są rozszczepiane poprzez rozbicie tego pierścienia, w wyniku czego powstaje jedna cząsteczka amoniaku i jedna cząsteczka β-aminokwasu. Ten ostatni jest następnie metabolizowany zgodnie ze zwykłym schematem deaminacji.
Najbardziej uderzającą cechą metabolizmu kwasów nukleinowych jest to, że „wyższe” zwierzęta są wymienione na początku tabeli. 10.8, są całkowicie pozbawione enzymów niezbędnych do rozkładu
puryny. Wśród „niższych” zwierząt stwierdzamy rosnącą złożoność układów biochemicznych i enzymatycznych, które dodatkowo rozkładają puryny, tak że „najniższe” formy mają najbardziej kompletny aparat enzymatyczny.
INNE ZWIĄZKI AZOTU
U pająków głównym wydalaniem jest guanina Najwyraźniej syntetyzuje się go z azotu aminowego, chociaż cała droga jego powstawania nie jest znana. Niektóre pająki, w tym ptaszniki jedzące ptaki, po jedzeniu wydalają ponad 90% całkowitego azotu w postaci guaniny (Peschen, 1939). U pospolitego pająka ogrodowego Diadema Epeiry identyfikacja guaniny została potwierdzona bardzo specyficzną metodą enzymatyczną (Vajropala, 1935).
Guanina jest również dość powszechna u wielu innych zwierząt. Na przykład srebrzysty połysk rybich łusek wynika z osadzania się kryształów guaniny. ślimak ogrodowy Spirala uwalnia guaninę, ale tylko w ilości około 20% całkowitej ilości wydalonych puryn, a pozostałe 80% to kwas moczowy. Możliwe, że frakcja ta jest produktem metabolizmu kwasów nukleinowych, natomiast kwas moczowy powstaje w wyniku metabolizmu białek.
Aminokwasy nie zajmują ważnego miejsca wśród produktów metabolizmu azotu, ale w małych ilościach występują w moczu wielu zwierząt. Wydawałoby się, że dla zwierzęcia bardziej opłacalna jest deaminacja aminokwasu, wydalanie amoniaku w zwykły sposób i wykorzystanie powstałego kwasu organicznego w metabolizmie energetycznym. Ponieważ jednak aminokwasy odgrywają niewielką rolę w wydalaniu azotu, kwestia ta nie będzie tutaj omawiana.
TEORIA REKAPTULACJI
Powszechnie uważano, że produkcja azotu w rozwijającym się zarodku kury zmieniała się w czasie i przechodziła przez serię szczytów: najpierw głównym produktem był amoniak, następnie mocznik, a na końcu kwas moczowy. Zakładano, że taki rozwój podsumowuje etapy ewolucji, które u ptaków kończą się uwolnieniem kwasu moczowego. Donoszono, że produkcja amoniaku w zarodku kurzym osiąga szczyt po 4 dniach, mocznika po 9 dniach, a kwasu moczowego po 11 dniach od rozpoczęcia inkubacji (Baldwin, 1949).
Nowsze prace sugerują, że wydalanie azotu w zarodku kury znacznie różni się od wcześniej opisanego obrazu (Clark i Fischer, 1957). Wszystkie trzy główne produkty wydalania – amoniak, mocznik i kwas moczowy – powstają i są obecne od samego początku rozwoju embrionalnego. Do końca
Okres inkubacji kwasu moczowego jest znacznie dłuższy niż w przypadku pozostałych dwóch produktów. Jednakże ilość mocznika i amoniaku w dalszym ciągu wzrasta w trakcie inkubacji i do czasu wyklucia obie substancje są obecne w mniej więcej równych ilościach. Pod koniec inkubacji ilość uwolnionego azotu osiąga 40 mg, z czego 23% jest równo podzielone między mocznik i amoniak, a reszta to kwas moczowy (ryc. 10.15).
Jaka jest przyczyna rozbieżności w uzyskanych wynikach? Poprzednie dane mogły być mniej dokładne ze względu na bardziej prymitywne metody analizy, ale jest mało prawdopodobne, aby wyjaśniało to poszczególne zaobserwowane piki. Głównym powodem jest po prostu to, że wyniki wyrażono w ilościach każdego produktu wydalanego na jednostkę masy zarodka. A ponieważ zarodek stale i im dalej idzie, tym szybciej rośnie,
następnie podzielenie ilości każdej substancji przez masę zarodka tworzy sztuczny pik.
Tak naprawdę wszystkie trzy produkty wydalania są obecne od samego początku i stopniowo zwiększają swoją liczbę w trakcie rozwoju embrionalnego, jednak po 10. dniu inkubacji ilość amoniaku nieznacznie wzrasta. Mocznik wytwarzany przez zarodek nie jest syntetyzowany z azotu aminokwasowego w cyklu ornitynowym, ale w wyniku działania arginazy na argininę (Eakin i Fisher, 1958). Zatem ani powstawanie amoniaku, ani synteza mocznika w zarodku kury nie potwierdzają poglądu, że ontogeneza mechanizmów biochemicznych powtarza ewolucyjną historię wydalania azotu.
Zbadaliśmy różne narządy wydalnicze i opisaliśmy ich ogólne cechy. Narządy te usuwają odpady metaboliczne, pomagają w utrzymaniu prawidłowego stężenia soli i innych rozpuszczonych substancji oraz regulują zawartość wody w organizmie, starannie oszczędzając wodę, gdy organizm jest niski i usuwając jej nadmiar.
Przekonujące dowody pokazują jednak, że nie zawsze jest to prawdą.Niektórzy badacze (np. Costa i in., 1968, 1974) donoszą o tworzeniu się azotu gazowego u ssaków karmionych dużymi ilościami białka. Informacje te powinny zmienić niektóre nasze poglądy na temat metabolizmu białek i końcowych produktów zawierających azot.
W języku greckim kleisto oznacza zamknięte, od kleis oznacza klucz.
Opisane tutaj dwa gatunki żab żyją na suchych, półpustynnych obszarach. - Około. wyd.