Орнитин: аминокислота и её роль в обмене веществ¶
Орнитин — природная аминокислота, не входящая в состав белков живых организмов, но играющая ключевую роль в ряде биохимических процессов, прежде всего в цикле мочевины и синтезе аргинина. Химическая формула — C₅H₁₂N₂O₂, молярная масса 132,16 г/моль. Орнитин относится к классу основных (полярных) аминокислот и в организме человека и животных выполняет функцию промежуточного метаболита.
¶Химические свойства
Орнитин — α-аминокислота, содержащая дополнительную аминогруппу в боковой цепи (δ-аминогруппу), что отличает его от стандартных протеиногенных аминокислот. В физиологических условиях молекула существует преимущественно в виде катиона. Орнитин растворим в воде, плохо растворим в органических растворителях. Стереоизомер L-орнитин является биологически активной формой, участвующей в метаболических реакциях.
¶Биосинтез и метаболизм
В организме человека орнитин образуется в результате гидролиза аргинина ферментом аргиназой, преимущественно в печени. Реакция катализируется аргининазой I (ARG1); при этом аргинин распадается на орнитин и мочевину. Образовавшийся орнитин вступает в орнитиновый цикл (цикл мочевины), где последовательно превращается в цитруллин (при участии орнитин-транскарбамоилазы, OTC) и затем в аргинин-янтарную кислоту (при участии аргинин-янтарнокислого синтетаза, ASS1). Завершающий этап цикла — обратное превращение аргинин-янтарной кислоты в аргинин с последующим расщеплением аргиназой до мочевины и нового орнитина.
Цикл мочевины является основным механизмом детоксикации аммиака, образующегося при распаде аминокислот. Нарушения работы ферментов орнитинового цикла (дефицит орнитин-транскарбамоилазы, аргинин-синтетазы и др.) приводят к накоплению аммиака и развитию гипераммонемии — тяжёлого состояния, требующего неотложной медицинской помощи.
Помимо цикла мочевины, орнитин участвует в следующих путях метаболизма:
- Полиаминовый путь. Орнитин декарбоксилируется ферментом орнитиндекарбоксилазой (ОДК) с участием пиридоксальфосфата до путресцина — предшественника спермидина и спермина. Полиамины необходимы для клеточного деления, роста и стабилизации нуклеиновых кислот.
- Пролиновый путь. Орнитин может превращаться в пролин и обратно через δ-1-пирролин-5-карбоновую кислоту (P5C), связывая метаболизм аминокислот с энергетическим обменом.
- Синтез глутамата. При участии орнитин-δ-трансаминазы орнитин переводится в глутаминовую кислоту, что связывает его с обменом аминокислот и глюконеогенезом.
¶Роль в физиологии
Орнитин участвует в регуляции азотистого баланса, обеспечивает выведение токсичного аммиака, служит прекурсором полиаминов, необходимых для регенерации тканей. В печени орнитин стимулирует синтез мочевины, в почках участвует в транспорте аминогрупп. Исследования показывают, что орнитин может влиять на секрецию гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1), хотя клиническое значение этих наблюдений остаётся предметом изучения.
¶Медицинское и практическое применение
Орнитин и его соли (орнитин аспартат, орнитин малат) используются в медицине и спортивном питании:
- Орнитин аспартат (ОЛА) применяется в составе препаратов для лечения печёночной энцефалопатии и гипераммонемии. В России зарегистрирован препарат «Гепа-Мерц» (действующее вещество — орнитина аспартат), применяемый при острых и хронических заболеваниях печени, сопровождающихся гипераммонемией.
- Спортивное питание. Орнитин входит в состав пищевых добавок, позиционируемых как средства, стимулирующие выработку гормона роста и ускоряющие восстановление после физических нагрузок. Доказательная база эффективности таких добавок ограничена.
- Гепатопротекторное действие. Орнитин способствует детоксикации аммиака в печени, что используется при алкогольных и токсических поражениях печени.
¶История открытия
Орнитин был впервые выделен из экстрактов моллюска Sepia officinalis немецким химиком Йоханном Фридрихом Вильгельмом Адольфом в 1856 году. Позднее орнитин был обнаружен в моче и других биологических жидкостях. В 1932 году Ганс Кребс и Курт Генцелейн описали орнитиновый цикл (цикл мочевины), установив центральную роль орнитина в азотистом обмене. Открытие цикла мочевины стало одним из ключевых результатов ранних исследований Ганса Кребса, впоследствии удостоенного Нобелевской премии (1953 год) за открытие цикла трикарбоновых кислот.
¶Дефицит и нарушения обмена
Врождённые дефекты ферментов орнитинового цикла приводят к тяжёлым наследственным заболеваниям — уреационным циклопатиям. Наиболее частая форма — дефицит орнитин-транскарбамоилазы (ОТЦ-дефицит), наследуемый по X-сцепленному типу; заболевание проявляется в раннем неонатальном периоде гипераммонемической комой. Другие нарушения — дефицит аргинин-синтетазы, аргининазы, N-ацетилглутаматсинтетазы — встречаются реже, но также ведут к накоплению аммиака и требуют специфической терапии (диета с ограничением белка, препараты, стимулирующие альтернативные пути выведения азота).
¶Продукты, содержащие орнитин
Орнитин не является незаменимой аминокислотой и синтезируется в организме. В небольших количествах он присутствует в продуктах животного происхождения — мясе, рыбе, молочных продуктах, яйцах, а также в некоторых растительных источниках (бобовые, орехи). Пищевая добавка L-орнитин производится промышленным способом методом ферментативного синтеза или выделения из биомассы микроорганизмов.
Источники:
- Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry
- Биохимия: учебник / под ред. В. В. Мещерякова
- Медицинская биохимия / под ред. В. Н. Быкова
- PubChem: Ornithine (CID 6262)
- ГОСТ/фармакопейные статьи на орнитина аспартат