logo

logo

logo

logo

logo

الآزوت (طرح-)

ازوت (طرح)

Nitrogen excretion - Excrétion d'azote

 الآزوت

الآزوت (طرح -)

 

تكوين النشادر ومشتقاته 
آلية تكوين البولة 
تكوين حمض البول 
إطراح آزوت الأسس البيورينية 
طرح آزوت الهيموغلوبين 
 
 

يوجد معظم الآزوت في أجسام الحيوانات في البروتينات والحموض النووية والبورفيرينporphyrin الذي يدخل في بناء الهيموغلوبين. وتعد البروتينات أكثر هذه المركبات أهمية من الناحية الكمية لأنها تؤلف نحو ثلاثة أرباع المكونات الصلبة في الجسم، وتتكون من ارتباط الحموض الأمينية بعضها ببعض بروابط ببتيدية. ويدخل في بناء بروتينات الجسم 20 نوعاً من الحموض الأمينية التي لها الصيغة العامة التالية:

الوصف: 4-1.psd

حيث يشير R إلى جذر كيميائي يتبدل ويختلف باختلاف أنواع البروتينات. ويعود مصدر الحموض الأمينية في الجسم إلى الغذاء المتناوَل، وإلى تفكك البروتينات داخل الخلايا بفعل إنزيمات الجسيمات الحالة lysosomes. ويمكن أن ينتج بعضها داخل خلايا بعض أعضاء الجسم، كالكبد، انطلاقاً من مركبات عضوية أخرى بتفاعلات استقلابية نوعية.

يستخدم الجسمُ الحموض الأمينية لبناء البروتينات البنيوية والوظيفية التي يحتاج إليها الجسم من أجل تجديد مكونات خلاياه، ومن أجل النمو والتكاثر وصيانة النسج وتكوين مفرزاته الغديّة وبروتينات بلازما (مصورة) الدم، وغير ذلك. ويستعمل الجسم قسماً منها في صنع مركبات آزوتية غير بروتينية؛ مثل الكرياتين والكولين والنواقل العصبية والأسس الآزوتية للنوكليوتيدات nucleotides ، ويدخل قسم آخر منها في حلقة حمض الليمون (حلقة كربس Krebs cycle) لإنتاج الطاقة بعد نزع الجزء الآزوتي منها.

تتداخل هذه المسارات بعضها مع بعض لتحقيق نوع من التوازن فيما بينها بتدخل الجمل المنظِّمة لاستتباب هذه المركبات. ولما كان منطلق جميع هذه المسارات الاستقلابية البنائية والهدمية هي الحموض الأمينية؛ فإن الجمل المنظِّمة في الجسم تسعى إلى الحفاظ على تركيزٍ لها ضمن مجالٍ محدد في بلازما الدم لتكون جاهزة للاستعمال من قبل خلايا الجسم. فإذا هبط تركيز الحموض الأمينية في البلازما إلى ما دون مستواها السوي؛ تتحطم البروتينات في الخلايا إلى حموض أمينية، وتُنقَل إلى الدم لإعادة تركيز كل نوع منها إلى مستواه السوي. وعلى العكس إذا زاد تركيز الحموض الأمينية في الدم فسرعان ما يتم تحريض الخلايا على اقتناصها لتدخل في بناء بروتينات عكوسة في النسج، وخاصة في خلايا الكبد، وبدرجة أقل في خلايا النسج الأخرى، ويكون ذلك بتنظيم هرموني؛ إذ يحث الإنسولين وهرمون النمو بناء البروتينات، في حين تزيد هرمونات قشرة الكظر السكرية تركيز الحموض الأمينية في الدم.

ومن جهة أخرى فإن أي تبدل في أحد المسارات الخاصة باستعمال الحموض الأمينية يقابله تغير عكسي في المسارات الأخرى للمركبات العضوية، فإذا قل استخدام الدهون والسكريات في غذاء الفرد فإن ذلك يؤدي إلى استخدام البروتينات لإنتاج الطاقة، وتقل بذلك كمية الحموض الأمينية المحتَجَزَة لغرض بناء البروتين والمواد الأخرى، وينجم عن ذلك بعض أمراض سوء التغذية وخاصةً عند صغار السن. وإذا حصل الجسم على فائض من المركبات الآزوتية؛ فإن ذلك يؤدي إلى زيادة إزالة جذر الأمين NH2 من الحموض الأمينية بفعل الإنزيمات نازعات الأمين وإطراحه على هيئة مركبات نشادرية. كما أن الأسس الآزوتية (البيورين purine والبريميدين pyrimidine) اللذين يدخلان في تركيب الحموض النووية يمكنها أن تعطي في

الوصف: 4-2.psd

الشكل (1): مخطط يوضّح المسارات الاستقلابية الأساسية للمركبات العضوية وعلاقة بعضها ببعض. 

أثناء استقلابها النشادر NH3، ويُطرَح آزوت البورفيرين على هيئة يوربيلين urobilin وستيركوبيلين stercobilin (الشكل 1).

النشادر مادة سامة، وتكوِّن سُميته جزءاً رئيساً من المبادئ الأساسية المعنية بإطراح الآزوت nitrogen excretion؛ إذ يُعدّ النشادر وجذر الأمونيا NH4+ الناتج النهائي لاستقلاب المركبات الآزوتية لدى اللافقاريات المائية وبعض أنواع السمك الكاملة التعظم وشراغيف الضفادع. ويبدو أن أكثر من 90 % من النشادر لدى هذه الحيوانات يتحول إلى جذر أمونيا NH4+ يسهل التخلص منه عبر أغشية خلايا أعضاء الإطراح (الكلى والغلاصم ولحافة الجسم) بآليات النفوذ diffusion إما بالتبادل مع إيونات الصوديوم Na+ وإما بآليات النقل الفاعل active transport، وذلك لتحقيق التوازن الحمضي/الأساسي لدم هذه الحيوانات. أما الحيوانات الأخرى من الفقاريات واللافقاريات الأرضية فإنها تستقلب النشادر وتحوله إلى مركبات أقل سُمِّيَّةً كالبولة urea لدى بعض الأنواع، وحمض البول uric acid لدى أنواع أخرى. فالبولة التي تُطرح عن طريق الكلى هي الناتج النهائي لاستقلاب المركبات الآزوتية لدى حيوانات اليابسة كالثدييات والبرمائيات إضافة إلى بعض أنواع السمك، ويتطلب التخلص منها فقدان الجسم كميات كبيرة من الماء، في حين يكون حمض البول الناتج النهائي لاستقلاب المركبات الآزوتية لدى الطيور ومعظم الزواحف واللافقاريات الأرضية، وهو مادة غير قابلة للذوبان في الماء، تتمكن الحيوانات من التخلص منها بطرح بول شبه صلب يرافقه فقدان كمية قليلة من الماء (الشكل 2).

الوصف: 4-3.psd 

الشكل (2): أنواع الفضلات الآزوتية في الحيوانات المختلفة

تكوين النشادر ومشتقاته

تبدأ عمليات طرح الآزوت بهدم البروتينات؛ وذلك بتحطيم الروابط الببتيدية للبروتينات وتحويلها إلى حموض أمينية. تتعرض الحموض الأمينية لعدة أنماط من التفاعلات الكيميائية الحيوية بوساطة إنزيمات نوعية، منها:

- تفاعلات نزع الأمين اللاتأكسدية non oxidative deamination التي يتم خلالها نزع زمرة الأمين من بعض أنواع الحموض الأمينية كالسيرين serine والآلانين alanine، بوساطة إنزيمات نزع الهدرات dehydratase. وفي مثل هذه التفاعلات تعطي الحموضُ الأمينيةُ غير الأساسية الحمضَ البيروڤي pyruvic acid، لذلك تدعى هذه المركبات بالحموض الأمينية المولِّدة للغلوكوز، لأنها تزيد من إنتاج الكربوهدرات وتخزينها فيما لو توافرت بكميات كبيرة (الشكل 3).

الوصف: 4-4.psd

الشكل :(3) تخطيط يوضّح الاستقلاب الهدمي للبروتينات وخطوات نقل زمرة الأمين من الحموض الأمينية بهدف تكوين النشادر وأملاحه. 

- وتفاعلات نزع الأمين التأكسدية oxidative deamination التي يتم فيها نزع زمرة أمين من الحمض الأميني بوجود إنزيمات الأكسيداز وتشكيل زمرة أمونيا وحمض كيتوني له الهيكل الكربوني نفسه للحمض الأميني (الشكل3) الذي يبدو منه أن قسماً من النشادر وأملاحه تتكون انطلاقاً من الحمض الأميني الغلوتامين glutamine والحمض الغلوتامي glutamic acid في أثناء تحولهما إلى حمض ألفا كيتوغلوتاريك α-ketoglutaric acid، وهي الحالة الغالبة في رباعيات الأرجل. وفي هذه الحالة تبدأ تفاعلات تكوين النشادر بتفاعل الحمض الأميني مع حمض ألفا حمض كيتو غلوتاريك بوساطة أحد الإنزيمات ناقلات الأمين transaminases، وينتج من هذا التفاعل نزع الزمرة الأمينية deamination من الهيكل الكربوني لأحد الحموض الأمينية ونقلها إلى حمض ألفا حمض كيتو غلوتاريك بهدف تشكيل الحمض الغلوتامي وهيكل كربوني آخر له الهيكل الكربوني ذاته للحمض الأميني الذي تخلى عن الزمرة الأمينية، ويطلق عليه عندئذٍ حمض ألفا كيتو وفق التالي:

الوصف: 4-5.psd 

 

يتعرض الحمض الغلوتامي لعملية أكسدة بفعل إنزيم نازعة هدروجين الحمض الغلوتامي glutamic acid dehydrogenase ووجود نوكليوتيد ثنائي فسفات البيريدين diphosphopyridine nucleotide (DPN) يتم بوساطته إعادة تكوين حمض ألفا كيتو غلوتاريك إضافة إلى NH3، وفق التفاعل التالي:

α-ketoglutaric acid + DPNH + NH3  

glutamic acid + DPN+

آلية تكوين البولة

يتم إنتاج النشادر بعد فصم الزمر الأمينية من الحموض الأمينية، وهو مادة سامة للخلايا، يؤدي تراكمه إلى تسمم الجسم، لذلك لابد من التخلص منه، وذلك بتحويله إلى بولة عن طريق سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية تعرف بدورة تكوين البولة (دورة اليوريا urea cycle) تمهيداً لطرحها خارج الجسم عن طريق الكليتين.

تتم التفاعلات الاستقلابية لدورة تكوين البولة في خلايا الكبد، وذلك بتحفيز إنزيم الأرجيناز arginase الذي يحفز حلمهة الأرجنين arginine وتحويله إلى بولة وأورنيثين ornithine. تبدأ هذه التفاعلات بتكوين فسفات الكارباميل carbamyl phosphate، وذلك بتفاعل جزيئة نشادر مع جزيئة ثنائي أكسيد الكربون CO2 بوساطة إنزيم؛ مُخَلِّفة فسفات الكارباميل carbamyl phosphate synthetase ووجود مركب N- أسيتيل غلوتامات N- acetylglutamate، ويحتاج هذا التفاعل إلى طاقة تأتي من حلمهة جزيئتين من الـ ATP.

NH3 + CO2 + 2ATP →H2N-CO-OPO3H2+ H2OPO3 + 2ADP

فسفات الكارباميل

تأتي جزيئة النشادر الخاصة بهذا التفاعل من حمض أميني تعرَّض لعملية نزع الأمين ودخل مسار تكوين البولة، في حين يأتي CO2 من تفاعلات الأكسدة التنفسية لحلقة كربس (الشكل4 ).

الوصف: 4-6.psd
الشكل(4): مخطط لمراحل تكوين البولة في خلايا الكبد، علماً أن سلسلة التفاعلات الاستقلابية المحصورة بين الخطين الورديين تتم حصراً ضمن المتقدرات mitochondria، على حين تنجز التفاعلات الاستقلابية الأخرى في البلازما الشفيفة hyaloplasm للخلية.

يتفاعل فسفات الكارباميل مع الأورنثين بفعل إنزيم أورنثين ناقل الكارباميل ornithine transcarbamylase لتكوين السيترولين وأورثو فسفات orthophosphate-(p) ، وفق التفاعل التالي:

الوصف: 4-7.psd

وفي مرحلة تالية يلتقط السيترولين زمرةً أمينية مصدرها الحمض الأسبارتي مكوناً بذلك حمض أرجينينو سوكسينات argininosuccinic acid، ويحتاج هذا التفاعل إلى طاقة تأتي من حلمهة جزيئة ATP وتحويلها إلى AMP وبيروفسفات pyrophosphate، كما في التفاعل التالي:

الوصف: 4-8.psd

أما عن الآزوت الموجود في الحمض الأسبارتي فيأتي من تفاعل حمض الأوكزالوأسيتيكoxaloacetic acid مع الحمض الغلوتامي بوساطة إنزيم ناقل أمين الأسبارتي- الغلوتامي aspartic-glutamic transaminase الذي يساعد على نقل الزمرة الأمينية من الحمض الغلوتامي إلى الحمض الأسبارتي، وينتج من هذا التفاعل أيضاً تكوين حمض ألفا كيتو غلوتاريك، كما في المعادلة التالية:

الوصف: 4-9.psd

يتحول الأرجينينو سوكسينات في دورة اليوريا إلى أرجينين بعد أن تنفصم منه جزيئة من حمض الفوماريك fumaric acid بوساطة إنزيم مناسب كما يلي:

الوصف: 4-10.psd

يتحول الأرجنين في مرحلة تالية إلى أورنيثين بعد أن تخرج منه جزيئة بولة، وذلك بوساطة إنزيم أرجيناز ووجود إيونات المنغنيز والمغنيزيوم.

الوصف: 4-11.psd

وبذلك تكتمل دورة البولة ويصبح الأورنيثين جاهزاً للتفاعل مع جزيئة فسفات كارباميل جديدة في دورة تكوين البولة.

ومن الجدير ذكره أن الهيكل الكربوني للحموض الأمينية يمكنه أن يُستخدَم لإنتاج حموض أمينية غير أساسية، أو أنه يتحول إلى حمض بيروڤي ليعطي لاحقاً غلوكوز عبر - تفاعلات استقلابية نوعية - أو أنه يعطي جذر أسيتات يزيد من استقلاب الدهون. وكلا المركبين (الأسيتات والبيروڤات) يمكنهما أن يدخلا حلقة كربس المنتِجَة للطاقة على هيئة أسيتات مُنَشَّطَة على هيئة أسيتيل التميم A (acetyl coenzyme A) . يضاف إلى ذلك أن جزءاً من الغلوتامين المنتَج في خلايا نسج الحيوانات يمكن أن يتحول في خلايا الكلية إلى حمض غلوتامي، ومن ثم إلى حمض ألفا كيتوغلوتاريك. ويتكون في أثناء هذه التحولات النشادر الذي يتدخل في التبادل الشاردي بين  (NH4+)/(Na+)  لنبيبات (كُلْيونات) الكلية nephrons وتأمين التوازن الحمضي/الأساسي للدم.

تتمكن الأسماك الغضروفية من الاحتفاظ بتركيز عالٍ من البولة في أجسامها على الرغم من سميتها الشديدة، وذلك لدورها في رفع الضغط الحلولي (التناضحي) لسوائل أجسامها إلى مستوى الضغط الحلولي لمياه البحر، ويعود ذلك إلى وجود أحد المركبات المشتقة من هدم البروتينات في أجسامها وهو أكسيد ثلاثي الميتيل أمينtrimethylamine oxide الذي يتمكن من الارتباط بالبولة ومنع تأثيرها السمي.

تكوين حمض البول

يمثل حمض البول الناتج النهائي لاستقلاب الزمر الأمينية للبروتينات لدى الطيور ومعظم الزواحف واللافقاريات الأرضية، ولكن آلية تركيبه مازالت غير واضحة المعالم، وكل ما يمكن قوله في هذا المجال هو أن خلايا نسج عديدة لدى هذه الحيوانات تملك الإنزيمات النوعية الخاصة بالتفاعلات المعقدة المعنية بإنتاجه، ولاسيما خلايا الكبد والكلية والعضلات والدماغ والنسج اللمفاوية نتيجة تفاعل بعض أنواع الحموض الأمينية مع مركب 5- فسفوريبوزيل -1- بيروفسفات 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) الذي يتكون انطلاقاً من الريبوز -5- فسفات ribose-5p (الشكل 5).

الوصف: 4-12.psd
الشكل(5):مخطط عام للمسارات الاستقلابية المكونة لحمض البول.

إطراح آزوت الأسس البيورينية

يُستخدم الأدنين adenine والغوانين guanine - اللذان يَنتجان من حلمهة الحموض النووية والنوكليوتيدات - إما في إعادة بناء النوكليوتيدات والحموض النووية وبعض المركبات العضوية الأخرى، وإما أن يُهدَما ضمن الجسـيمات البيروكسـية peroxisomes لخلايا الكبد بوساطة إنزيمات نوعية. ويختلف الناتج النهائي لهـدم البيورينات purines باختلاف الزمر الحيوانية (الشكل6)، فالناتج النهائي لهدم الأدنين والغوانين لدى الرئيسيات من الثدييات والطيور والزواحف والحشرات والرخويات البطنية الأرجل الأرضية هو حمض البول بوساطة إنزيم الكزانثيناز xanthinase، وينتج من هدم البيورينات في بقية الثدييات وبعض الحشرات والرخويات البطنية القدم الآلانتوئين allantoin بفعل إنزيم اليوريكاز uricase، وحمض الآلانتوئين allantoic acid لدى بعض الحشرات الأخرى بفعل إنزيم آلانتويناز allantoinase . ويستمر هدم البيورينات في الأسماك الغضروفية والضفادع وبعض الرخويات حتى تكوين البولة urea بفعل إنزيم آلانتويكاز allantoicase، في حين ينتج من عمليات هدم البيورينات في معظم الأسماك واللافقاريات البحرية النشادر بفعل إنزيم اليورياز urease والإنزيمات الأخرى الموضح تسلسلها في الشكل (6).

الوصف: 4-13.psd 
الشكل (6) الناتج النهائي لهدم البيورينات لمختلف الحيوانات، ومخطط التحولات الكيميائية، ونوع الإنزيمات التي تتوسط التفاعلات الاستقلابية، والصيغ الكيميائية لنواتج الهدم. 
 

طرح آزوت الهيموغلوبين

من المعروف أن كريات الدم الحمر لدى الثدييات هي خلايا مجردة من النواة ومن معظم العُضَيّات الخلوية، وتتألف معظمها من خضاب الدم (الهيموغلوبين) الذي يؤلف نحو 90 % من الوزن الجاف للكرية الحمراء التي يبلغ عمرها الوسطي لدى الإنسان بحدود 120 يوماً. وعندما تموت الكريات الحمر تتكسر إلى أجزاء تبتلعها البالعات الكبيرة macrophages في مستوى الكبد والطحال ونقي العظم والعقد اللمفاوية، ويُستخلَص عنصر الحديد من الهيموغلوبين ليعاد استخدامه ثانيةً في تكوين هيموغلوبين كريات حمر جديدة، ويتحول الباقي من مادة الهيم إلى صباغ البيليروبين bilirubin، وهو مادة قليلة الانحلال بالماء، لذلك ترتبط بألبومين الدم ليتمكن من إيصالها إلى خلايا الكبد. توفر خلايا الكبد ربط البيليروبين بمادة سكرية تدعى غلوكورونات glucuronate يتشكل على أثرها معقدٌ يُطرَح معظمه في الأمعاء عن طريق العصارة الصفراوية، وتتمكن البكتيريا المتعايشة في الأمعاء من أكسدة هذا المعقد إلى مركبي اليوروبيلين urobilin وستيركوبيلين stercobilin (الشكل 7) اللذين يُطرَحان مع البراز - وهما المسؤولان عن تلون البراز باللون البني - ويبقى جزء من البيليروبين في الدم ليطرح عن طريق الكليتين.

الوصف: 4-14.psd 
الشكل (7) مخطط يوضح خطوات هدم الهيموغلوبين وطرحه عن طريق البول والبراز. 
 

 

محمد علي الخطيب 

 

مراجع للاستزادة:

- محمد الخطيب، فيزيولوجيا التغذية في عالم الحيوان، منشورات جامعة حلب، 2011.

- محمد الخطيب وسجى أبوغالون، مقدمة في علم الخلية والجنين (الجزء الأول: الخلية)، جامعة حلب،2000 .

- K. Schmidt-Nielsen, Animal Physiology: Adaptation and Environment. Cambridge University Press, Cambridge, 1997

- J. H. Weil, Biochimie Générale. Masson, Paris, 1995.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


التصنيف : الفيزيولوجيا
النوع : الفيزيولوجيا
المجلد: المجلد الثاني
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 606
الكل : 27458685
اليوم : 68722