Biochimie - Proceselor Metabolice

Procesul de descompunere completă a compușilor organici care conțin elemente altele decât C, H și O, cum ar fi azotul și sulful, în condiții aerobe, cu implicarea respirației celulare. Rezultă CO2 și apă ca produse finale.

Metabolismul nutrienților cu conținut de azot, unde grupările NH2 din aminoacizi contribuie la sinteza ureei, care este apoi eliminată prin rinichi.

Metabolismul nutrienților cu conținut de sulf, unde grupările tiolice sunt oxidate în sulfați, care sunt eliminați prin rinichi.

Sistemul chimic care menține echilibrul acido-bazic al sângelui și altor lichide biologice. Este format din acizi slabi și sărurile lor, care pot tampona variațiile de pH.

Procesul de eliminare a CO2 prin respirație, contribuind la menținerea echilibrului acido-bazic.

Procesul de eliminare a NH4+ și H2PO4- prin rinichi, contribuind la menținerea echilibrului acido-bazic.

Procesul de transformare a acidului lactic în glucoză, care se poate stoca sub formă de glicogen (gluconeogeneza), contribuind la menținerea echilibrului acido-bazic.

Orice dereglare a echilibrului acido-bazic al corpului, caracterizată prin modificarea pH-ului sângelui și al altor lichide.

O formulă care descrie relația dintre pH-ul unei soluții tampon și raportul dintre concentrațiile componentelor sale bazice și acide.

Capacitatea unui tampon de a rezista la modificările pH-ului în urma adăugării unui acid sau bazei.

Componenta unui tampon care poate accepta protoni (H+).

Componenta unui tampon care poate dona protoni (H+).

Sistemul tampon principal al sângelui, format din bicarbonat (HCO3-) și acid carbonic (H2CO3).

Proteina responsabilă cu transportul oxigenului și dioxidului de carbon în sânge, având și rol tampon.

Proteinele din plasmă (cu excepția hemoglobinei), care contribuie la menținerea echilibrului acido-bazic.

Echilibrul acido-bazic al organismului este reglat prin intermediul plămânilor și rinichilor, care controlează concentrațiile de CO2 și HCO3- în sânge.

Procesele biologice și reacțiile enzimatice depind de concentrația ionilor de hidrogen (H+) din mediul de reacție. Nivelul de aciditate al mediului intern este critic pentru funcționarea optimă a celulelor.

Intervalul optim de pH pentru viața umană este relativ îngust, între 7,35 și 7,45. Această ușoară alcalinitate este esențială pentru buna funcționare a proceselor biologice din organism.

Procesele metabolice din organism produc zilnic o cantitate semnificativă de protoni (H+), care pot afecta echilibrul acido-bazic. Dacă nu ar exista mecanisme de control, aciditatea excesivă ar fi letală.

Modificările chiar și cu câțiva zecimali ai pH-ului optim pot afecta grav funcționarea enzimelor. Acestea sunt proteine, iar gradul lor de ionizare, crucial pentru activitatea lor, este influențat de pH.

Oxigenul este utilizat în procesul de oxidare celulară pentru a forma apă. Această reacție eliberează o cantitate semnificativă de energie sub formă de ATP.

Dioxidul de carbon este un produs secundar al metabolismului. În interiorul celulelor roșii din sânge (hematii), reacționează cu apa formând acid carbonic, care disociază în ioni bicarbonat și protoni.

Organismul produce diverse substanțe acide, cum ar fi acidul lactic, corpii cetonici și produșii de degradare ai acidului fosforic și sulfuric. Acestea trebuie eliminate pentru a menține echilibrul acido-bazic.

Organismul are mai multe mecanisme de control, inclusiv fiziologice și chimice, pentru a regla echilibrul acido-bazic și a preveni schimbări drastice ale pH-ului.

Sângele are o capacitate limitată de a neutraliza acizii produși în organism. Această limită este depășită rapid, chiar după arderea a 12g de glucoză.

Regenerarea tamponului bicarbonat din sânge se realizează prin două mecanisme: respirator și metabolic.

Plămânii elimină excesul de CO₂ din sânge prin expirație.

Rinichii reglează balanța bicarbonatului din sânge prin reabsorbția și excreția acestuia.

Hematiile transportă CO₂ de la țesuturi la plămâni.

Hemoglobina din hematii tamponează temporar protonii H⁺.

Împreună, plămânii și rinichii compensează rapid și eficient excesul de aciditate.

Bioxidul de carbon se transformă în acid carbonic în hematii, sub acțiunea anhidrazei carbonice.

Amoniacul (NH3) este eliberat din glutamină în tubul contort distal sub acțiunea glutaminazei, apoi se combină cu protoni în urină formând ioni de amoniu (NH4+).

Producerea renală a amoniacului are loc în celulele tubulare proximale. Glutamina intră în celule fie din filtratul glomerular, fie din capilarele peritubulare.

Glutamina intră în mitocondrie și este dezaminată în două etape: sub acțiunea dezaminazei I și glutamico-dezaminazei, generând doi ioni amoniu (NH4+) și un anion alfa-cetoglutarat.

NH4+ este secretat în lumenul tubular, prin schimbul Na+-H+, în timp ce alfa-cetoglutaratul este oxidat la 2 HCO3- + 4 CO2 + H2O.

Bicarbonatul iese din celulă la nivelul membranei bazolaterale prin co-transport cu Na. Pentru fiecare ion NH4+ excretat, un ion HCO3- intră în lichidul extracelular.

Membrana celulelor tubulare este impermeabilă pentru ionii de amoniu (NH4+), dar permeabilă pentru amoniacul neionizat. Amoniacul excretat fixează un proton, neutralizând acizii organici (uric, oxalic).

Acest mecanism este crucial pentru menținerea echilibrului acido-bazic al corpului.

În cazuri de acidoză, cum ar fi diabetul zaharat, cantitatea de protoni excretați poate crește de 10 ori, demonstrând importanța acestui mecanism.

În acidoze acute, eliminarea renală a NH₄⁺ poate crește datorită amoniacului (NH₃) din sângele venos renal. Un pH acid intracelular activează transportul mitocondrial al glutaminei și dezaminarea /oxidarea acesteia.

În acidoze cronice, rinichii adaugă mai mulți transportori pentru glutamina, atât la nivelul membranei bazolaterale cât și la nivelul mitocondriilor. Această adaptare permite eliminarea unei cantități mari de NH₄⁺, chiar la un pH neutru.

Principalul tampon urinar este tamponul fosfat. Transformând fosfații primari (Na₂HPO₄) în fosfați secundari (NaH₂PO₄), rinichii elimină o parte din aciditatea din organism. Reabsorbția Na⁺ și bicarbonatului în celulele tubulare, urmată de eliberarea lor în sânge, contribuie la creșterea capacității de tamponare a sângelui.

Secreția de protoni în tubii colectori, sub influența ATP-azei pentru protoni, poate acidifia urina la un pH < 6. La pH < 4,6, majoritatea ionilor fosfat se găsesc în forma H₂PO₄^-. Excreția bicarbonatului HCO₃^- se realizează doar dacă concentrația sa plasmatică depășește 28 mmol/L.

Rinichii elimină aproximativ 20-30 mmol H⁺ (acizi titrabili) pe zi, rezultând o urină cu o ușoară reacție acidă (pH între 4,5-6,9). Aciditatea maximă a urinii nu poate scădea sub 4,5, datorită prezenței substanțelor tampon din urină.

Aciditatea titrabilă a urinii (cantitatea absolută de acid excretată prin urină) poate crește peste 150 mmol/zi, reflectând o creștere semnificativă a acidității din organism.

Rinichii sunt capabili să filtreze și să elimine o cantitate semnificativă de acid din organism, menținând echilibrul acidobazic al sângelui.