OSN-SAbstraktOSN-E

Amoniak je nejjednodušší sloučenina dusíku s vodíkem, za normálních podmínek se vyskytuje jako bezbarvý dráždivý plyn. Má bazické vlastnosti, ve vodných roztocích se nachází nejen volně rozpuštěný, ale částečně také protonizovaný jako amonný kation. V lidském těle vzniká amoniak hlavně odbouráváním proteinů - je odpadním produktem aminodusíku aminokyselin. Jde o neurotoxickou látku, která je za fyziologických podmínek detoxikována hlavně v játrech tvorbou urey (močovinový cyklus), částečně také syntézou glutaminu (i extrahepatálně). Většina extrahepatálně syntetizovaného amoniaku je v krevní plazmě přítomna v netoxické formě, vázaná v molekulách glutaminu a alaninu. Z těla je amoniak vylučován močí převážně jako urea, ale také jako amonný kation, vznikající v ledvinách hydrolýzou glutaminu.

 

OSN-STerminologieOSN-E

Amoniak

 

OSN-SSynonymaOSN-E

NH3, čpavek; amonný kation, kation amonný, NH4+, amoniový kation, amonium

 

OSN-SOdkazy na jiné relevantní dokumenty, další informaceOSN-E

Amoniak v plazmě

Glutamin

Urea

 

OSN-SChemická a fyzikální charakteristika, struktura a povaha analytuOSN-E

Amoniak (NH3) je nejjednodušší sloučenina dusíku s vodíkem (r.m.h. 17,03), jeho molekula má pyramidální uspořádání atomů s dusíkem ve vrcholu pyramidy. Vzdálenost N—H je 1,016.10-10 m, výška pyramidy 0,360.10-10 m. Bod tání: - 77,7 ºC, bod varu - 33,4 ºC, kritická teplota 132,9 ºC, kritický tlak 11,4 MPa. Mezi molekulami amoniaku se tvoří vodíkové můstky, jde však o slabší spojení než existuje mezi molekulami vody. Amoniak je velmi dobrým rozpouštědlem iontových sloučenin, roztoky těchto sloučenin v kapalném amoniaku vedou velmi dobře elektrický proud. Čistý kapalný amoniak je, podobně jako čistá voda, nepatrně disociován, takže je také mírně vodivý. Bez přítomnosti katalyzátorů je amoniak při zahřívání stálý i při teplotách několik set stupňů, při vyšších teplotách (700 - 1000 ºC) se však rozkládá velmi rychle. Kyslík nepůsobí na amoniak při běžné teplotě vůbec, amoniak se však dá v kyslíku podpálit, hoří v něm žlutým plamenem a spaluje se na N2 a vodu. Ve vzduchu amoniak nehoří, ale 16 - 27% směs amoniaku se vzduchem je výbušná.

Dusík amoniaku obsahuje volný elektronový pár. Od kyselých látek je proto schopen přijmout kation vodíku, za vzniku symetrického kationtu amonného (NH4+). Chová se tedy jako zásada (Lewisova báze), a to zásada silnější než voda (pKb = 4,75; Kb = 1,77.10-5).

 

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-

 

Amonný kation (amonium) se chová jako slabá kyselina (pKa = 9,25; Ka = 5,62.10-10). Stejně tak i samotný amoniak může svůj vodíkový kation odevzdat, mění se při tom na amidový anion (NH2-). Na rozdíl od podobného chování vody však tvorba aniontu z amoniaku probíhá méně ochotně (elektronegativita dusíku je 3,1 proti hodnotě 3,5 kyslíku).

 

S vodou se amoniak mísí ve všech poměrech, vodný roztok má zásadité vlastnosti a obsahuje jak rozpuštěný NH3, tak i určité množství hydroxidu amonného (= NH4OH, r.m.h. 35,05). Body varu těchto směsí stoupají plynule od bodu varu čistého amoniaku až k bodu varu vody. Vzhledem k tomu, že 35% roztok vře již při 20 ºC, bývá maximálně koncentrovaný roztok amoniaku jen 30%. Reakcí s kyselinami poskytuje amoniak amonné soli, které mají iontovou povahu. Jsou to bílé krystalické látky většinou rozpustné ve vodě. Jelikož má amonný kation kyselou povahu, reaguje dále s vodou za vzniku hydroxoniového kationtu a amoniaku (= hydrolýza amnonných solí). Pokud jsou tedy amonné soli silných kyselin rozpuštěny ve vodě samy o sobě, reagují jejich roztoky slabě kysele. Amoniak také tvoří komplexní sloučeniny, v nichž se jako ligand podílí na donor-akceptorové vazbě svým volným elektronovým párem.

 

Za běžných podmínek je amoniak bezbarvý, snadno zkapalnitelný, dráždivý, štiplavě páchnoucí plyn, který leptá sliznici. Poškozuje horní i dolní dýchací cesty, způsobuje podráždění, otok až chronickou bronchitidu. Vysoké koncentrace amoniaku způsobí zástavu dechu, i jeden nádech koncentrovaného amoniaku může být smrtelný. Leptá kůži, může způsobit poškození oka. Stlačený plyn způsobuje omrzliny. V nepatrném množství je amoniak přítomen ve vzduchu a sopečných plynech; vzniká rozkladem dusíkatých organických látek i v lidském těle.

 

OSN-SRole v metabolismuOSN-E

Pro člověka je amoniak neurotoxický. Za fyziologických podmínek se v tělních tekutinách vyskytuje z 97,5 % jako amonný kation (NH4+), ve formě NH3 je přítomno pouze 2,5 % amoniaku. Tento poměr koncentrací však závisí na pH, při alkalóze se zvyšuje podíl NH3. Neprotonizovaný amoniak difunduje hematoencefalickou bariérou mnohem snadněji a může způsobit poškození centrálního nervového systému (spotřeba 2- oxoglutarátu, který je meziproduktem Krebsova cyklu, narušení přenosu nervového vzruchu). Toxické působení vykazují obě formy amoniaku, v mozku je amoniak detoxikován tvorbou glutaminu v astrocytech.

Vzhledem k toxicitě amoniaku neprobíhá jeho eliminace z tkání ve volné formě. Aminodusík uvolněný z aminokyselin je přenesen v transaminační reakci na nějakou 2-oxokyselinu (nejčastěji 2-oxoglutarát,  pyruvát nebo oxalacetát) za vzniku jiné aminokyseliny (glutamátu, alaninu nebo aspartátu) a kromě toho se z volného amoniaku a glutamátu syntetizuje glutamin.

Vzniklé aminokyseliny (hlavně glutamin a alanin) pak slouží jako „netoxická transportní forma“ aminodusíku v krvi. Krví jsou transportovány do jater nebo ledvin za účelem odstranění amoniaku z organismu.

 

Stejnými reakcemi se amoniak využívá k syntéze neesenciální aminokyseliny glutaminu z glutamátu:

2-oxoglutarát + aminokyselina ® glutamát + 2-oxokyselina (enzym: aminotransferáza)

glutamát + NH4+ + ATP ® glutamin + ADP + fosfát (enzym: glutaminsyntetáza).

 

NH4+ je hlavní kyselinou obsaženou v moči - polovina až dvě třetiny denního množství kyselin (vodíkových kationtů) je takto vylučována. Tímto způsobem může být z těla vyloučeno velké množství kyselin, aniž by docházelo ke snížení pH moči. Amoniak tedy působí jako pufr moči: vazbou protonu brání přílišnému okyselení moči (pH < 4,5), které by znemožnilo další sekreci protonů do tubulární tekutiny a tím i vylučování nadbytečných protonů z organismu. Exkrece amoniaku močí je tak spojená s neutralizací a vyloučením protonu (kationtu vodíku). Amoniak se touto cestou podílí nejen na pufrování moči, ale současně napomáhá i šetření kationtů (Na+, K+) - narozdíl od neutralizace protonů hydrogenfosforečnanem, jež je spojeno s vylučováním H2PO4- za současné exkrece nějakého kationtu.

 

OSN-SZdroj (syntéza, příjem)OSN-E

Amoniak vzniká v těle při odbourávání dusíkatých organických látek: převážně z aminodusíku aminokyselin (hlavně oxidační deaminací aminokyselin v játrech), ale také z aminoskupin purinových bází a dusíků pyrimidinových bází nukleotidů. Kromě těchto zdrojů produkují amoniak také bakterie přítomné ve střevě, odkud se amoniak dostává vrátnicovou žilou do jater.

Při infekci Helicobacterem pylori vzniká amoniak již v žaludku štěpením urey bakteriální ureázou (mikrob se produkcí amoniaku chrání proti kyselému pH žaludeční šťávy).

 

OSN-SDistribuce v organismu, obsah ve tkáníchOSN-E

Amoniak se nachází v tělních tekutinách jednak rozpuštěný, jednak ve formě amonného kationtu (většina). Přítomen je v plazmě (6 - 35 µmol/l), moči (4 - 16 mmol/den), likvoru (33 - 50 % z koncentrace v arteriální krvi), žaludeční šťávě (nalačno: 0,1 - 17 mmol/l), vzniká ve všech orgánech i v lumen trávicího traktu.

Amonné kationty mohou být také součástí močových kamenů (např. fosforečnan hořečnato-amonný) při infekci močových cest bakteriemi produkujícími ureázu (vznikající amoniak zvyšuje pH moči).

 

OSN-SZpůsob vylučování nebo metabolismusOSN-E

Amoniak je nejprve detoxikován tvorbou urey (játra) nebo glutaminu (játra i extrahepatální tkáně). Na jeho konečném odstranění z organismu se podílejí játra a ledviny. Existují dvě formy, v kterých je amoniak z organismu vylučován: přímo jako urea (95 % amoniaku) nebo jako amonný kation, který vzniká v ledvinách z glutaminu (5 % amoniaku). Urea i amonný kation jsou vylučovány močí (téměř veškerý z těla vylučovaný dusík se vylučuje močí, fyziologicky hlavně formou urey: urea 86 %, kreatinin 5 %, NH4+ 3 %, ostatní 6 %).

 

1) Funkce jater v odstraňování amoniaku

Játra vychytávají z krve amoniak i jeho netoxické transportní formy, kterými jsou hlavně aminokyseliny glutamin a alanin. Portální krví přichází do jater velké množství amoniaku z trávicího traktu. Přibližně 70 % tohoto amoniaku je vychytáno periportálními hepatocyty, zbylých 30 % vychytávají perivenózní (centrolobulární, distální) hepatocyty:

 

Periportální hepatocyty syntetizují ureu (močovinový cyklus) jak z volného amoniaku přijatého z krve, tak z amoniaku uvolněného hydrolýzou glutaminu (enzym glutamináza) i amoniaku vzniklého oxidační deaminací glutamátu (enzym glutamátdehydrogenáza). Glutamát vzniká jednak hydrolýzou glutaminu, jednak transaminačními reakcemi z 2-oxoglutarátu, např. reakcí s alaninem (enzym alaninaminotransferáza). Syntéza urey nastává až při zvýšení koncentrace amoniaku v hepatocytu nad 50 µmol/l.

 

Perivenózní hepatocyty syntetizují z glutamátu a amoniaku, který nebyl vychytán periportálními hepatocyty, glutamin (glutaminsyntetáza, spotřeba 1 ATP). Jeho syntéza probíhá i při koncentracích amoniaku nižších než 50 µmol/l. Glutamin je po uvolnění do krve vychytáván extrahepatálními buňkami nebo se systémovým oběhem opět vrací do jater a je využit při syntéze urey.

 

Syntéza urey je energeticky náročná (spotřeba 3 ATP) a je reakcí protonproduktivní (spotřeba HCO3-), tj. acidifikuje organismus. Z tohoto důvodu se za určitých patologických situací, např. při acidóze, snižuje odstraňování amoniaku formou urey a zvyšuje se tvorba glutaminu, který umožní vyloučení aminodusíku ledvinami cestou amonného kationtu (až 50 %).

 

2) Funkce ledvin v odstraňování amoniaku

Ledviny vychytávají z krve glutamin. Kromě toho se glutamin stejně jako ostatní aminokyseliny dostává glomerulární filtrací do primárního filtrátu, odkud je opět resorbován zpět do epiteliálních buněk proximálních tubulů. Tyto buňky pak glutamin hydrolyzují za vzniku amoniaku a glutamátu. Déletrvající acidóza vede k indukci ledvinné glutaminázy, která je nezbytná pro uvolnění amoniaku z glutaminu, současně klesá syntéza urey v játrech (= regulace acidobazické rovnováhy: snížení spotřeby hydrogenuhličitanu na tvorbu urey). Amonné kationty vznikají z amoniaku přímo v tubulárních buňkách, odkud jsou v případě acidózy vylučovány do moči. Vyloučením amonného kationtu je tak z těla vyloučen nejen nadbytečný aminodusík, ale současně jde i o hlavní cestu vylučování kyselin (nadbytečných protonů) močí. V případě alkalózy jsou amonné ionty vstřebány do krve a v játrech slouží jako substrát pro syntézu urey.

 

Kromě tvorby amonného kationtu se ledviny účastní také na vylučování urey z těla (glomerulární filtrace + prostá difúze urey do moči).

 

OSN-SKontrolní (řídící) mechanismyOSN-E

Glutamináza hepatocytů je inhibována acidózou (o 70% při poklesu pH extracelulární tekutiny ze 7,4 na 7,3). Její inhibice vede ke snížení koncentrace volného amoniaku v hepatocytu a tím i k poklesu rychlosti syntézy urey. Více glutaminu je za těchto podmínek vychytáváno ledvinami a amoniak je ve zvýšené míře vylučován ledvinami jako amonný kation; k aktivaci vylučování amoniaku ledvinami ve zvýšené míře dochází po 2 - 3 dnech od začátku acidózy. Glutamináza tubulárních buněk ledvin není, na rozdíl od jaterního izoenzymu, při acidóze inhibována.

Alkalóza jaterní glutaminázu aktivuje, zvyšuje i rychlost syntézy glutaminu.

 

OSN-SLiteraturaOSN-E

 

OSN-SAutorské poznámkyOSN-E

Vladimíra Kvasnicová (květen 2004)