Орнитин — аминокислота уреотического цикла¶
Орнитин (α-амино-δ-валериановая кислота, 2,5-диаминопентановая кислота) — природная аминокислота, не входящая в состав белков, но выполняющая важные метаболические функции. Впервые орнитин был выделен в 1877 году немецким химиком Йоханнесом Вислиценусом из гидролизата моллюска Ornitholium latex и назван в честь рода улиток Ornitholium. В организме человека и животных орнитин участвует в цикле мочевины (уреотическом цикле), в биосинтезе полиминов и аргинина, а также в ряде других биохимических процессов.
¶Химические свойства
Орнитин относится к группе основных аминокислот, поскольку его молекула содержит два аминогруппы — α- и δ-аминогруппу. Молекулярная формула — C₅H₁₂N₂O₂, молярная масса — 132,16 г/моль. При физиологическом pH орнитин существует преимущественно в виде катиона. Аминокислота не обладает вкусом в чистом виде, хорошо растворима в воде.
В отличие от аргинина, орнитин не кодируется генетическим кодом и не встраивается в полипептидные цепи при трансляции, однако может образовываться в результате посттрансляционной модификации аргинина — при действии аргиназы.
¶Место в уреотическом цикле
Центральная роль орнитина — участие в цикле мочевины, который происходит в митохондриях гепатоцитов. Цикл служит основным механизмом обезвреживания аммиака, образующегося при дезаминировании аминокислот.
Основные этапы цикла с участием орнитина:
- Карбамоилфосфатсинтетаза I синтезирует карбамоилфосфат из аммиака и CO₂ (в митохондриальном матриксе).
- Орнитинтранскарбамоилаза переносит карбамоилную группу на орнитин с образованием цитруллина.
- Цитруллин транспортируется в цитоплазму, где в реакциях с аспартатом и ATP образуется аргининилсукцинат (фермент — аргининилсукцинатсинтетаза).
- Аргининилсукцинатлиаза расщепляет аргининилсукцинат на аргинин и фумарат.
- Аргиназа гидролизует аргинин с высвобождением мочевины и регенерацией орнитина, которая транспортируется обратно в митохондрию.
Нарушение работы ферментов цикла (например, орнитинтранскарбамоилазы) приводит к накоплению аммиака — гипераммонемии, что клинически проявляется неврологическими нарушениями и требует ограничения белка в диете.
¶Биосинтез и метаболизм
В организме человека орнитин образуется в основном в кишечнике и печени из глутамата под действием орнитин-δ-дезаминазы (в некоторых тканях — из аргинина при действии аргиназы). Пищевые источники орнитина — продукты, богатые белком: мясо, рыба, яйца, молочные продукты, бобовые, орехи. Концентрация орнитина в плазме крови здорового человека составляет примерно 30–100 мкмоль/л.
Ключевые метаболические пути орнитина:
- Цикл мочевины — обезвреживание аммиака.
- Биосинтез полиминов — орнитиндекарбоксилаза превращает орнитин в путресцин, из которого синтезируются спермидин и спермин, участвующие в регуляции клеточного роста и деления.
- Синтез аргинина — в некоторых тканях (например, в почках) орнитин служит предшественником аргинина.
- Синтез пролина и глутамата — через Δ¹-пирролин-5-карбоксилат.
¶Клиническое значение
¶Гиперорнитинемия
Повышенный уровень орнитина в крови наблюдается при нескольких наследственных заболеваниях:
- Гиперорнитинемия типа I — дефицит орнитин-δ-дезаминазы (ОДД), проявляется повышением орнитина в плазме, гипераммонемией, атаксией, судорогами, пигментной ретинопатией.
- Гиперорнитинемия типа II — дефект орнитин-δ-трансаминазы, приводит к гиперорнитинемии, гипераммонемии и рано развивающейся глаукоме.
- Синдром циклической гиперорнитинемии-гипераммонемия-гомоцитруллинурии (CHH) — редкое наследственное заболевание, связанное с нарушением митохондриального транспорта орнитина.
¶Орнитин в спортивном питании
Орнитин (обычно в форме орнитина альфа-кетоглутарата, ОАКГ) широко применяется в спортивном питании как добавка. Предполагается, что он способствует повышению уровня гормона роста, ускоряет восстановление после физических нагрузок и участвует в цикле Кребса через альфа-кетоглутарат. Клинические данные об эффективности орнитина в спорте ограничены и противоречивы: часть исследований показывает умеренный анаболический эффект, другие — отсутствие значимых отличий от плацебо. В медицинской практике орнитин не зарегистрирован как лекарственное средство, а применяется преимущественно в составе биологически активных добавок.
¶Применение в медицине
В некоторых странах орнитин включён в состав препаратов для лечения печеночной энцефалопатии и гипераммонемии (например, орнитин аспартат). Механизм действия связан с дополнительным поступлением субстрата для уреотического цикла. В России препарат «Гепа-Мерц» (L-орнитин-L-аспартат) применяется при заболеваниях печени, сопровождающихся гипераммонемией.
¶Примечания
Орнитин не относится к незаменимым аминокислотам, поскольку синтезируется в организме, однако при заболеваниях печени и дефиците белка его эндогенное образование может быть недостаточным. В норме орнитин поступает с пищей и образуется в тканях в количествах, обеспечивающих потребности уреотического цикла и биосинтеза полиминов.
¶Источники
- Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry — W. H. Freeman, 2017.
- Brosnan J. T., Brosnan M. E. «The urea cycle» // Amino Acids, 2006.
- Visek W. J. «Arginine metabolism: commentary on the historical and current perspectives» // Journal of Nutrition, 1986.
- Valle D. L., Simell O. «The Hyperornithinemias» // The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease, 2001.
- Wise W. J. «Über Ornitin» // Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1877.