Аспарагиновая кислота

Аспарагиновая кислота, выделенная в 1868 Г.Г. Риттхуазеном из белкового гидролизата конглутина. Аспарагиновая кислота (a-аминоянтарная) НООС-СН2-СН(NН2)-СООН, участвует в синтезе ряда незаменимых аминокислот (метионина, треонина). Встречается во всех организмах в свободном виде и в составе белков.

Аспарагиновая кислота обеспечивает превращение углеводов в мышечную энергию, широко используется в качестве добавок для спортсменов, в период повышенных нагрузок, повышает активность иммунной системы, увеличивает сопротивляемость к утомлению, сохраняет способность к работе, на выносливость, действует как гепатопротектор, участвует в реакциях цикла мочевины и переаминирования, образует метионин, треонин и лезин. Аспарагиновая кислота и аспарагин могут встречаться во фруктовых соках и овощах: так в яблочном соке ее около 1г/л в соках тропических фруктов-до 1,6 г/л. Суточная потребность нашего организма в аспарагиновой кислоте - 6 грамм: хорошие источники аспарагина и аспарагиновой кислоты:

- картофель;

- кокос;

- люцерна;

- арахис;

- яйца;

- мясо.

Они находятся в значительных количествах в животных источниках: молоко, мясо, домашняя птица, яйца, рыба, морепродукты. Предварительные данные по кристаллической структуре аспарагиновой кислоты получены в 1931г., затем в 1951 г были установлены пространственные группы и размеры элементарных ячеек рацемата и полугидрата гидрохлорида аспаргиновой кислоты. Как видно из рисунка, кристаллы аспарагиновой кислоты составлены из молекул вытянутых вдоль оси С и связаны друг с другом насыщенной системой N-Н×××××О и О-Н×××××О водородных связей. Связи N-Н×××××О образуются между атомами азота аминогрупп и атомами кислорода карбоксильных групп. На каждый атом азота приходится по три связи, две из которых- межмолекулярные, а одна – внутримолекулярная. Связи О-Н×××××О действуют между атомами кислорода карбоксильных групп двух соседних молекул. Более точнее данные о строении молекулы аспаргиновой кислоты получены из структур изомерных солей L-аспаргеновой кислоты с двух валентными ионами Zn2, Ni2 , Со.

По своей химической формуле аспаргин очень близок к глутамину, отличаясь от последнего лишь одной группой –СН2, по химическим свойствам он проявляет ряд особенностей (коричневая окраска продукта реакции с нингидридом, существование в кристаллах только в виде гидратов и т.д. Для объяснения аномального поведения аспаргина было выдвинуто несколько теорий о циклическом строении его молекул. Так Стевард и Томпсон допускали возможность существования аспаргина в виде гидрата циклического амида, а Хьюгенс особенности аспаргина приписывал возможным внутримолекулярным взаимодействием между карбоксильной и амидной группами.

Аспаргин

В 1806г. Луи Никола Воклен и Пьер Жан Робине впервые выделили из спаржи – аспаргин, однако присутствие его в белках было доказано позже (1932 г.). Аспаргин – (С4Н8О3N2)- это моноамид аспаргиновой кислоты. В нем гидроксильная группа заменена аминогруппой. В зависимости от положения NH2-группы по отношению к амидной группе различают a-аспаргин HOOCCH2CH (NH2) CONH2 и b-аспарагин НООССН(NH2) CHCONH2. Аспарагин не является незаминимой аминокислотой и способен синтезироваться основными метаболическими путями в организме человека. Аспарагин играет в организме важную роль, он служит сырьем для производства аспарагиновой кислоты

Кристаллическая структура аспарагина

Однако полностью подтвердить или опровергнуть ту или иную теорию химическими методами не удалось, поэтому было проведено рентгеноструктурные исследование аспаргина.

Первые кристаллографические данные по аспарагину (пространственная группа, ячейка) появилась в 1931г., в 1954г. было проведено предворительные исследования структуры аспарагина и наконец, в 1961г. структура была определена с достаточно высокой точностью. Характер упаковки молекул в кристалле определяется образованием насыщенной трехмерной сетки N-Н×××××О и О-Н×××××О водородных связей. Связи О-Н×××××О возникают между атомами кислорода (О4) молекул воды и атомами кислорода О1 карбоксильных групп. В образовании связей N-Н×××××О участвуют атомы азота амино- и амидных групп, с одной стороны, и атомы кислорода карбоксильных, амидных групп и молекул воды с другой стороны. Локализация атомов водорода на разностных проекциях электронной плотности позволила установить отсутствие у молекулы аспаргина внутримолекулярных водородных связей, несмотря на наличие короткого N13 расстояния (3,09 А0). Тем самым было опровергнуто и предположение Хьюгенса о циклическом строении молекулы. Однако все это еще не дает основания отвергать возможность разного рода циклизаций молекул аспарагина в растворе. Применение аспарагина и аспарагиновой кислоты в медицинской практике. В медицинской практике используются аминокислоты различного происхождения. Аспарагиновая аминокислота относится к моно-аминокарбоновым кислотам в составе белков, в свободном состоянии, в виде аспарагина и других производных содержится в органах и тканях различных организмов. Аспарагиновая кислота является важнейшей составной частью большинства белков. Аспарагиновая кислота важна в работе иммунной системы и синтезе ДНК и РНК. Она плохо растворима в воде, практически не растворима в спирте и эфире. Аспарагиновая кислота относится к незаменимым аминокислотам и синтезируется в организме в процессе трансаминирования из других веществ. Она подвергается окислительному дезаминированию в тканях печени, почек, слизистой оболочке клеток. Как промежуточный продукт обмена азотистых веществ аспарагиновая кислота играет важную роль в обмене веществ в организме, особенно в реакциях переаминирования. Перенося аминогруппы на кетокислоты, образуя ряд других аминокислот, превращаясь в щавелевоуксусную кислоту, аспарагиновая кислота связывает азотистые соединения. Образуя аспарагин, аспарагиновая кислота обезвреживает аммиак в тканях. Как донор азота в реакциях аспарагиновая кислота играет важную роль в белковом обмене, участвует в одном из этапов синтеза мочевины, являясь предшественником биосинтеза в организме ряда аминокислот, пиридиновых оснований и других биологически активных соединений. Источником синтеза заменимых аминокислот из метаболитов цикла Кребса служит оксалоацетат. 

Оксалоацетат + Глутама Аспарагиновая кислота + 2-оксоглутарат. Аспарагиновая кислота + NН3 + АТФ ® Аспарагин + АДФ + Ф 

Специфическое свойство аспарагеновой кислоты – ее способность переносить ионы К+ и Mg2+ во внутриклеточное пространство. Аспарагиновая кислота оказывает выраженное антигипотоксическое действие. Так, у кроликов введение аминокислоты при кровопотере, осложненной гипотензией, способствовало активации окислительных процессов и снижению уровня аммиака в крови. Аспарагиновая кислота повышает потребление кислорода пораженным миокардом, улучшает коллатеральное кровообращение сердце. У кроликов с экспериментальным инфарктом миокарда введение этой аминокислоты способствовало нормализации спектра и активности изоферментов переаминирования, увеличивало соотношение содержания ионов К+ и Nа+ в сердечной мышце. Аспарагиновая кислота оказывает выраженное детоксицирующие действие при отравлении животных эндотоксинами сальмонелл и кишечных палочек. Введение ее в течение 3 дней до отравления снижало гибель мышей в 3 раза. При поражениях печени различной этиологии синтез белка в гепатоцитах нарушается. В связи с этим проблема изыскания препаратов, стимулирующих синтез белка, является важной и актуальной. Этим свойством обладает глутаминовые и аспарагиновые кислоты. Сочетанное введение этих аминокислот активирует биосинтез белка нуклеиновых кислот в печени интактных животных и пораженных четырѐххлористым углеродом. Механизм гепатопротективного действия аспарагиновой кислоты заключается в усилении образования мочевины и стимуляции цикла Кребса, который является основным источником энергии для гепатоцитов.

Аспарагиновая кислота и ее производные снижают уровень аммиака в крови при заболевании печени, способствуя улучшению функционального состояния печени являясь метаболитом, транспорт которого осуществляется в организме путем активного переноса, аспарагиновая кислота выполняет роль переносчика ионов K+, Na+, Mg+ и др. Благодаря этим свойствам аспарагиновая кислота может служить в качестве основы для синтеза лекарственных препаратов, применяемых в случаях необходимости ввода данных ионов внутрь клетки.

Одним из способов обезвреживания аммиака является дезаминирование амидов аминокислоты (аспарагина). Образование аспарагина является важным вспомогательным путем связывания аммиака. Оно протекает с участием аспарагинсинтетазы:

Аспартат + АТФ + NН3 ® L-Аспаргин + АМФ + Н4Р2О7.

Этот процесс активен в нервной, мышечной ткани и в почках. Аспарагин считают своеобразной трансформенной формой аммиака, т.к,

образуясь в тканях, они с кровью попадают в почки, где подвергается гидролизу под действием специфических ферментов –аспарагиназы:

L-Аспаргин + Н2О ® Аспартат + NH3.

Освободившийся в канальцах аммиак нейтрализуется с образованием солей аммония: NН3 + Н+ + Cl- ® NH4Cl, который выделяется с мочой.

В кардиологии успешно используется панангин-препарат, содержащий калия аспарагинат и магния аспарагинат. Он оказывает выраженное антиритмическое действие и применяется при нарушения ритма, обусловленных интоксикацией сердечными гликозидами при пароксизмах мерцания предсердий, желудочковой экстрасистомии. Панангин показан при коронарной и сердечной недостаточности, явлениях переутомлениях,

дефиците калия и магния в организме во время операций на сердце.

В лаборатории экспериментальной фармакологии Института геронтологии АМН СССР С. А. Оринской в опытах на мышах доказано, что введение магния аспарагината в комплексе с органическими солями железа, меди, кобальта, марганца и цинка уменьшает токсичность этих микроэлементов. При воспроизведении у белых крыс постгеморрагической анемии (кровопотери во всех случаях составляла 20% общего количества крови животного) отмечен одинаковый стимулирующий эффект различных сочетаний органических солей указанных металлов, используемых в биологических дозах. Под влиянием сочетания казеинатов меди, кобальта, марганца и лактата железа в постгемаррогическом периоде содержания гемоглобина и число эритроцитов нормализовались на 7-е сутки после острой кровопотери, а при добавлении к указанному комплексу магния аспарагината на 4-е сутки.

Полученные данные свидетельствуют о том, что магниевая соль аспарагиновой кислоты потенцирует способность незаменимых микроэлементов (железа, меди, кобальта, марганца и цинка) активизировать регенерацию гомеопоэза.

Результаты исследований позволили обосновать целесообразность сочетаний магния аспарагината с микродозами органических солей указанных металлов и создать полимикроэлементный препарат оркомин (комплекс органических соединений микроэлементов), который нормализует изменение при старении обменные процессы, активирует функцию печени и является эффективным антианемическим средством. 

Аспарагиновая и глутаминовые аминокислоты, как биологически активные соединения.

За последние годы аминокислоты и их производные заняли одно из ведущих мест в медицине, пищевой промышленности, микробиологии и других областях народного хозяйства. Этот факт объясняется тем, что аминокислоты не только играет роль строительного материалами для синтеза

белков организма, но и являются предшественниками многих физиологически активных соединений, в том числе антибиотиков, однако обобщенных публикаций по этому вопросу весьма ограничено.

Глутамин и апарагиновые кислоты, а также их амиды являются основными компонентами большинства белков. Высокая потребность организма этих аминокислотах обусловлена широким участием их во многих метаболических процессах.

Такими жизненно важными процессами являются процесс дезинтоксикации аммиака и образование из него мочевины. Доказано,

a-аминокислоты как биологически активные соединения в цикле мочевины глутаминовая и аспарагиновая кислоты играют роль доноров аминогрупп, а также являются непосредственными участниками работы цикла Кребса. Имеются также сведения об эффективности использования для стимуляции функции печени и почек g-этилового эфира L-глутаминовой кислоты.

Для активации работы цикла мочевины может быть также использован и N-карбомоилглутамин, который, подобно N-ацетилглутамату, действует как кофактор карбомоилфосфатсинтетазной реакции в печени. Однако в отличии от N-ацетилглутамата, который быстро гидрализуется в организме, N- карбомоилглутамин более устойчив и может быть эффективным в этапе цикла, вовлекающего аммиак в процесс образования мочевины.

Высокое антигипоксическое действие дикарбоновых аминокислот отмечено в работе. В опытах на 30 кроликах показано, что глутаминовая кислота способствует интенсивному вовлечению недоокисленных продуктов обмена в аэробную фазу окисления, и, следовательно, обеспечивает более экономное расходование резервов гликогена и макроэргических фосфатов. Аспарагиновая кислота, кроме того улучшает условия кровообращения и увеличивает потребления кислорода в миокарде. Специфическое свойство аспарагиновой кислоты переносить ионы калия и магния во внутриклеточное пространство было с успехом использовано для создания панангина (аспаркама)-препарата, предназначенного для лечения сердечной аритмий, обусловленных электролитными нарушениями и в первую очередь гипокалиемимией. При этом аспарагиновая кислота не только выступает как переносчик ионов, но и сама является эффективным средством нормализации углеводнофосфатного обмена в сердечной мышце. Отмечено антагонистическое действие аспарагиновой кислоты к опытам. Так, 2 людям, пристрастившимся к кодеину, 2 к героину и 4 к опиуму давали параллельно по 2г аспарагиновой кислоты 4 раза в день в течении 5 дней. Количества наркотиков для больных понижали до минимума. К концу лечения ни один из больных не выражал желания к склонности к потреблению наркотиков. Это вероятно связано с восстановлением под действием аспарагиновой кислоты активности двух ферментативных систем аспарагиназы и аспарагинсинтетазы, деятельность которых подавляется опиатами. В последнее время обсуждается роль дикарбоновых аминокислот как нейромедиаторов возбуждения, причем для проявления их активности обычно необходимы ионы натрия. Возбуждающее действие дикарбоновых кислот на нейроны центральной нервной системы (ЦНС) обусловлено, по- видимому, взаимодействием этих аминокислот со специфическими рецепторами мембран форменных элементов крови. Связывание аминокислот с поверхностью этих рецепторов вызывает деполяризацию мембран и увеличение проницаемости для ионов натрия и кальция за счет прямой активации ионных каналов, примыкающих к рецепторам мембран.

Помимо системы кроветворения, подобные рецепторы имеются также и в отдельных участках ЦНС. Одним из мест накопления глутамина в ЦНС являются астроциты, в которых большая часть этой аминокислоты подвергается окисленному метаболизму, а меньшая-превращается в глутамин, который в дальнейшем поступает в эфферентные нейроны, где выполняется роль предшественника аминокислотных нейротрансмиттеров.

Нейротрансмиттерная роль глутаминовой кислоты послужила основанием для ее использования как лекарственного средства для лечения

различных заболеваний ЦНС: эпилепсии, психозов, реактивных состояний протекающих с явлениями истощения, депрессий и т.д. В детской практике глутаминовую кислоту применяют при задержке психического развития, церебральных параличах, болезни Дауна, полиолимите [23].

Отмечены положительные результаты при использовании глутаминовой кислоты при использовании глутаминовой кислоты в сочетании с глицином для больных с прогрессирующей мышечной дистрофией, миопатией. При этом в ряде случаев вместо перорального введения глутаминовой кислоты более эффективным является эндоназальный электрофоретический способ введения, проверенный на 273 больных с различными видами черепно- мозговой травмы.

Кроме того, обнаружено положительное влияние внутривенного введения 1% раствора глутаминовой кислоты на реабилитацию 79 больных бруцеллезом, связанное, вероятно с обезвреживанием аммиака, накапливающегося в организме больного, а также с ускорением процессов обмена и стимуляции тканевого дыхания.

Последнее свойство глутаминовой кислоты послужило основанием для рекомендации ее использования при лечении пневмоний у детей раннего возраста. Являясь центральным звеном во взаимодействии пластических и энергетических компонентов обмена, глутаминовая кислота благоприятно действовала на больных с декомпенсацией сердечной деятельности при пероральном приеме по 1 г 4 раза в день, а также оказывала защитное действие на функции и метаболизм сердца при кардиоплегии и реперфузии, что дает основание рекомендовать ее использование в виде 1% водных растворов при операциях на открытом сердце. В работе отмечено, что введение кроликам глутамата натрия существенно тормозило развитие силикотического и асбестового пневмосклероза, вызываемого введением животным соответствующей пыли; это, вероятно, связано с повышением резистентности макрофагов к цитотоксическому действию кварца. Благодаря своей способности ускорять процессы обмена в различных органах и тканях, а также антиаммонийному действию глутаминовой кислоты оказывает выраженное защитное действие при остром отравлении этанолом, четыреххлористым водородом, сулемой. Из-за низкой скорости прохождения глутаминовой кислоты через эпителиальные клетки кишечника в ряде случаев отдают предпочтение глутамину. Парентеральное введение глутамина приводит к заметному улучшению состояния больных алкоголизмом, связанному, по-видимому, со способностью глутамина ингибировать алкогольдегидрогеназу. Происходило не только отвыкание больного от приема алкоголя, но и устранение бредовых состояний и их последствий. Отмечен также выраженный антидепрессивный эффект глутамата у детей и взрослых при приеме в дозе 250-1000 мг в день, связанный вероятно, с его последующим превращением в g- аминомаслянную кислоту. Кроме того, установлено терапевтическое действие глутамина как донора аминогрупп для глюкозамина при заболевании пищеварительных органов.

Анализируя литературные данные можно прийти к заключению, что a- аминокислоты являются не нейтральными соединениями, а веществами, оказывающими высокое физиологическое воздействие на организм. Это необходимо учитывать при получении аминокислотных растворов для гемокорригирующей терапии, питательных сред для антибиотиков и других микроорганизмов, а также питательных добавок.

Аминокислоты применяемые в патогенезе, диагностике и лечении алкоголизма

Неумеренное потребление алкоголя и алкоголизм за последние десятилетия стали серьезной общегосударственной проблемой. Убытки причиняемые обществу, намного превышают коммерческую прибыль от алкогольных напитков, а медицинское последствия алкоголизма вполне сопоставили с потерями от злокачественных и сердечно-сосудистых заболеваний. Если учесть, что алкоголь значительно увеличивает риск возникновения новообразований в желудочно-кишечном тракте и усугубляет сердечно-сосудистую патологию, алкоголизм как причина преждевременной смерти выделяется даже на первое место. В патогенезе алкоголизма наряду с социальными предпосылками несомненную роль играют и биологические факторы, а они, могут исследоваться в опытах на животных. Как и люди, отдельные животные одного и того же вида по-разному чувствительны к одинаковой дозе алкоголя. Эти так, называемые разнотолерантные к этанолу животные стали объектом экспериментов, которые в конечном итоге показали, что чем выше переносимость алкоголя, тем больше вероятность к нему привыкнуть, попасть от него в зависимость, т.е. позволили в общих чертах воспроизвести картину алкогольной патологии, типичной для человека. Неожиданным оказалось и обнаружение генетических линий животных, которые без всякого «социального навыка», при первом же предложении выбрать между водой или раствором алкоголя как источником жидкости всегда отдавали предпочтения второму. Характер предпочтения сохранялся во многих поколениях и менялся при скрещивании с другой генетической линией животных. Предпочтительное потребления животными алкоголя нельзя полностью приравнять к алкогольной мотивации у человека, но, как и у последнего, у них имеется наркотический компонент действия добровольно потребляемого этанола, поскольку у них в крови обнаруживается фармакологически активная концентрация действующего агента.

Наконец, на потребление алкоголя у людей и в эксперименте у животных отчетливо влияют социальные (стресс, переутомление) и даже природные (охлаждение) факторы.

Весьма серьезным поводом в пользу планомерности изучения биологических возможностей алкоголизма в опытах на животных, несомненно, являются тождественность обнаруживаемых у них

биохимических нарушений тем, которыми регистрируются у человека при острой или хронической интоксикации алкоголем.

Как у человека, у них после длительной алкоголизации развивается картина абстиненции (биохимические сдвиги, поведенческие реакции и т.п), отражающая глубину физической зависимости.

Биохимические изучение патогенеза алкоголизма, естественно, базируется на исследовании наиболее важных для данной патологии критериев. В первую очередь это изучение особенностей метаболизма самого алкоголя, его влияние на основополагающие процессы формирования психогенного компонента заболевания (обмен нейромедиаторов) и более жидкое тестирования особенностей обмена белков, углеводов и липидов как факторов риска или как последствий алкогольной интоксикации. В общей схеме патогенеза алкоголизма решающую роль приписывается при этом механизмам формирования алкогольной мотивации (предпочтения), толерантности (переносимость) и физической зависимости. Все три феномена, несомненно, имеют молекулярную основу, и именно она наиболее интенсивно изучается. В профилактике и лечении алкоголизма основу научного прохода уже относительно давно составляет активное вмешательство в катаболизм этанола путем торможения альдегиддегидрогеназы, что сопровождается так называемым аверсионным действием, ограничивающим его переносимость.

Перспективными представляются в настоящие время и подходы к активной коррекции психосоматической патологии на уровне центральных нейромедиаторных систем.

В связи с тем, что алкоголь одновременно является источником энергии и мощным фармакологическим агентам, его избыточное поступления в организм блокируется или извращает функционирование отдельных реакций обмена веществ, нарушает механизмы всасывания и транспорта многих незаменимых пищевых факторов (аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, витамины, микроэлементы и др). При эйфорическом состоянии ложного функционального комфорта. Возникающая ситуация порочного круга может быть успешно устранена лишь сочетанным ограничением приема самого алкоголя и одновременной обязательной коррекцией патогенетических важных метаболических нарушений. Знание последних-один из основных способов добиваться успеха в профилактике и лечении заболевания. Отсутствие патогенетических обоснованных приемов борьбы с алкоголизмом-одна из главных причин все еще безуспешных усилий в этой области. Чем обусловлен особый интерес к изучению фонда свободных аминокислот при алкогольной патологии? У всех гетеротрофных организмов аминокислоты являются наиболее важными соединениями, участвующих в метаболизме азота. Непосредственно из аминокислот синтезируются структурные белки, ферменты, часть гормонов, пуринов и пиримидинов, порфиринов и множество других низкомолекулярных соединений, входящих в состав липидов (этаноламин, холин) – предшественников нейромедиаторов (катехоламины, серотонин) и др. Избыточно поступающие с пищей аминокислоты полностью окисляются, участвуя в энергообеспечении организма. Энергетическая роль, аминокислот, образующихся из мышечных белков, особенно возрастает при голодании. Некоторые клетки, например, ретикулоциты, используют аминокислоты как предпочтительные субстракты для окисления. Обеспечивая организм столь различными по фракциям и строению соединениями, аминокислоты, естественно, подвергаются многочисленным превращениям, главные реакции которых уже хорошо известны и описаны в ряде литературных источниках. Обмен аминокислот достаточно жестко контролируется с помощью биохимических и физиологических механизмов, гарантирующих относительно стабильный уровень (фонд) свободных аминокислот в крови и тканях. Избыток аминокислот, поступающих с пищей, очень быстро удаляется из организма, наработки ацетил-КоА или части интермедиаторов цикла трикарбоновых кислот. Наблюдаемые при алкогольной патологии сдвиги уровня отдельных аминокислот в крови и тканях могут быть вызваны как алиментарными (голоданием), физиологическими (всасывание, транспорт), так и биохимическими (синтез, распад, взаимопревращения) причинами. Стабильность фонда свободных аминокислот имеет весьма важное значение в реализации пластических функций, особенно биосинтеза белка и регуляторных пептидов. Решающую роль при этом играют аминокислоты, поскольку заменимые легко синтезируются из относительно простых (кетокислоты) предшественников. Стабильность фонда аминокислот имеет еще и регуляторное значение в связи с тем, что отдельные аминокислоты выступают как аллостерические регуляторы.

а) Влияние алкоголя на обмен глутамата и аспартата.

Давно известно, что глутамат и аспартат содержится в мозге в высоких концентрациях. Именно с применением этих двух соединений начались опыты, приведшие к формированию представлений о нейротрансмитерных функциях этих аминокислот.

Однако твердой уверенности в том, что глутамат и аспартат непосредственно принимают участие в передаче нервных импульсов, не было почти до середины 70-х годов. Сложность ситуации заключалась в том, что обе аминокислоты активно участвуют в многочисленных реакциях обмена самих аминокислот и в синтезе азотистых оснований и во многих других процессах.

Гамма-аминомасляная кислота является медиатором торможения. Потребовалось овладеть тонким методическими приемами работы на отдельных синапсах, техникой микродиализа, изотопными, и многими другими приемами, чтобы с полной уверенностью прийти к окончательным заключениям.

Все новые исследования нейротрансмиттерных функций дикарбоновых аминокислот сконцентрировались на применении трех приемов: подведения проточных или микродиализных канюль к различным участком мозга, изучение рецепторных взаимодействий и изучение внутриклеточной локализации аминокислот иммуноцитохимическими методами. Когда в микродиализную канюню, подведѐнную к полосатому ядру в мозге крысы, вводится на 4 минуты в перфузат вместо хлористого натрия, хлористый калий в результате депополяризации нейронов в омыляющей их жидкости немедленно увеличилось в 3 раза содержание глутамата и в 2 раза аспартата.

При исключении из перфузата ионов кальция и увеличения количества ионов магния выход аминокислот резко снижался. Если на той же половине мозга за неделю до подведения канюли удалялась значительная часть коры больших полушарий, выход аминокислот в перфузат в ответ на воздействие ионов калия резко падал. По мнению авторов, их опыты доказывают нейротрансмиттерный характер глутамата и аспартата и подтверждают известные нейрофизиологические представления о связях коры мозга и полосатого тела друг с другом посредством возбуждающих нейронов. Ингибитор функционирования быстрых натриевых каналов тетрадоксин, внесенный в канюлю, незначительно (25 %) уменьшал только выход глутамата. Когда канюля вводилась в двигательно чувствительную зону коры больших полушарий, а в клетки мозга перед деполяризацией равномерно меченный С14-глутамат, но в ответ на раздражения метка в 8 раз более активно (чем в период покоя) переходила в глутамат очень незначительно в ГАМК.

Меченный глутамин в период стимуляции усиленно поглощался корой и разрушался глутаминазой до глутамата. Выход аспартата в период раздражения также возрастал, но его удельная радиоактивность не менялась. Участие глутамина в формировании нейротранcмиттерного пула в мозге изучалось в основном с применением радиоизотопных методов. Меченые глутамин или глюкоза вводилась в боковой желудочек мозга, после чего

(через 130-150 мин.) забирались более эффективно поглощающие метку соседнего образования (полосатое тело, гипоталамус) и кора больших полушарий. Из отобранных отделов готовились срезы, которые инкубировались с вератрином, при этом в контроле присутствовал тетрадоксин. Подсчет радиоактивности в выходящих в среду в ответ на деполяризацию глутамата и ГАМК показал, что глутамин является значительно лучшим предшественником обеих аминокислот, чем глюкоза.

Заслуживает внимание возникшие представления о том, что метаболизм глутамата в мозге сложным образом сегрегирован между нейрональными и глианальными компартментами.

Предложена даже концепция особого межклеточного глутаминового цикла в качестве механизма, регулирующего восстановление уровня нейронального глутамата из-за его постоянной потери как нейротрансмиттера. В соответствии с упомянутой идеей глутамат, выброшенный нейроном, в

последующем захватывается глиальными клетками, превращается в глутамин, который снова передается нейрону для синтеза нейротрансмиттеров. Было установлено, что в нейтронах очень активна глутаминаза, среда мозга и синаптосомы имеют механизмы высокоаффинного захвата и транспорта глутамина: среды мозга и синаптосомы имеют механизмы высокоаффинного захвата и транспорта глутамина; сходная система захвата и транспорта для глутамата обнаружена в астроцитах, и именно эти клетки характиризуются наличием особо активной глутаминсинтетазы.

Из исследований выпадал общий для них компонент-межклеточная жидкость как среда передачи субстратов и продуктов из одного компартмента в другой. Соответствующие эксперименты выполнены недавно на культуре астроцитов. Клетки, полученные из коры мозга крысы, инкубировались в среде с меченным С14–глутаматом. После 120 мин инкубации определены основные меченные продукты. Глутамин был основным меченным продуктом (38%) в среде инкубации 13,5% метки оказалось в дезаминированных продуктах метаболита глутамата, 1,2%-в аспартате, 23% осталось в глутамате и 10,2% вошли в состав осажденной хлорной кислотой фракции. Из представленных данных следует, что не более 16% метки могло потеряться как 14СО2. Общее количество синтезированного глутамина существенно превышало потребления глутамата, что свидетельствует об образовании первого и из других эндогенных источников, однако практически весь синтезированный глутамин оказывался в инкубационной среде. В целом полученные данные согласуются с возможностью участия астроцитов в глутаматном цикле в ЦНС.

Система захвата и транспорта глутамата и аспартата исследовались на нескольких объектах. На синаптосомах мозга установлено, что у обеих аминокислот существует несколько специфических транспортных систем. В можечке различающихся для глутамата и аспартата высокоаффиные места связывания обнаружены с применением меченных по тритию аминокислот.

Показано, что захват аспартата синаптосомами мозга тормозится после обработки нейроминидазой, и это расценивается, как свидетельство участия гликозилированных белков в механизмах связывания. По характеру конкурентных взаимодействий допускается наличие не менее 3-х рецепторов.

Высокоаффинный захват может быть не только связанным с реализацией акта передачи нервного импульса, но и касаться лишь транспорта аминокислот на мембранах. В пользу последнего допущения свидетельствуют данные по изучению вытеснения Д-3Н-аспартата из препарата синаптосом мозга с помощью других немеченых аминокислот. Метаболизм и мембранный транспорт аминокислот могут изучаться биохимическими методами на уровне органов, тканей, клеток или их фракций, что на самом деле происходит в интактной клетке in vivo, приходится лишь предполагать. Появление новой иммуноцитохимической техники позволяет в значительной мере решить этот вопрос. Используя антитела против отдельных аминокислот, искусственно лигандируемых с альбумином, уже удалось показать преимущественное распределение ГАМК в тормозных, а глутамата в возбужденных нейронах. Более тщательные исследования выполнены, на срезах гиппокампа ингибируемых в искусственной среде Кребса, иммитируещей спинномозговую жидкость. Установлено распределение иммунореактивного глутамата, аспартата и глутамина в покоящихся клетках, а также при их деполяризации избытком ионов калия и вератрином. В состоянии покоя скопление глутамата и аспартата выявляется только в нервных окончаниях возбуждающих нейронов. После возбуждения ионами калия или вератрином депо аминокислот в нервных окончаниях обедняется и одновременно идет их накопление в астроцитах. Это не происходило, если из среды удалялось до 0,1 моль кальция, а содержание ионов магния увеличивалось до 10 ммоль, что свидетельствует о причастности к отмеченным перемещением глутамата синаптосомальных механизмов выброса аминокислоты. Активный ее захват астроцитами был также специфичен, поскольку он тормозился Д-аспартатом. Аналогично гутамату на всех этапах опыта вел себя аспартат. С помощью антител глутамину удалось показать его наличие в нейронах и в ряде случаях накопление в отдельных астроцитах в состоянии покоя. При возбуждении количество глутамина в нервных окончаниях убывало, но могло быть восстановлено дополнительным его внесением в среду. Последний факт указывает на способность нервных окончаний легко захватывать глутамин из окружающей среды. Полученные иммуноцитохимические данные полностью подтверждают наличие глутаминного цикла в нервной ткани. Наряду с прямыми возбуждающими эффектами дикарбоновых аминокислот зарегистрировано и их ингибирующие действие на гидролиз фосфоинозитидов. Таким образом, часть эффектов аминокислот по отношению к нервной передаче, по-видимому, может осуществляться и на уровне вторичных посредников.

б). Поведение других аминокислот при действии алкоголя.

Нейротрансмиттерные функции аланина считаются вполне вероятными в мозжечке стволовой и спинной части мозга.

Более определены, хотя не многочисленные данные о медиаторном действии серосодержащих аминокислот. Первые сведения такого рода были получены в опытах с ионофорезом, когда гомоцистенновая и цистеиновая кислота проявляли возбуждающую нейроновою активность, аналогичную активности дикарбоновых кислот.

В последние годы показано, что цистеиносульфинат связывается глутаминовыми рецепторами и конкурирует с глутаматом за его спецефический захват и выбрас. Все серасодержащие аминокислоты активно высвобождаются срезами мозга под влиянием ионов калия или вератрина, имеют, по-видимому, спецефические натрийзависимые и натрийнезависимые рецепторы.

Необходимо отметить, что глицин усиливает наркотическое действие этанола, и это не связано с какими – либо ГАМК-энергитическими

механизмами. Поскольку обмен глицина весьма зависит от уровня НАДН, а алкоголь повышает восстановительный потенциал тканей, связи между обоими соединениями могут реализоваться по сугубо метаболическим каналом.

Влияние аспарагиновой и глутаминовой кислоты на аминокислотный обмен в организме человека и в микроорганизмах

Аспарагиновая и глутаминовая кислота, наравне с аланином, связаны с промежуточными продуктами обмена углеводов и тканевого дыхания более непосредственными взаимопревращениями, чем остальные аминокислоты. Синтез их за счет свободного аммиака или NH2 –групп других аминокислот почти во всех живых организмах обеспечен высокоактивными специфическими ферментами системы.

Аспарагиновая кислота

Прямое окислительное дезаминирование L-аспарагиновой кислоты не является единственным путем ее распада. В ткани почек ее дезаминированию предшествует перенос аминогруппы на кетоглутаровую кислоту, путем переаминирования с пировиноградной кисотой и последующего окисления аланина специфический аланин – дегидрозат.

Оксидазы L-аминокислот на L-аспарагиновую кислоту не действуют. Образование аспарагиновой кисолты обеспечивается во всех организмах процессом переаминирования и, кроме того, у микробов и растений действием энзима – «аспартазы», или фумарико-аминазы.

Галь наблюдал у В. Coli анаэробное расщепление аспарагиновой кислоты на аммиак и яблочную кислоту, протекающее, по его данным, без участия аспартазы и фумаразы; он принимает существования особого энзима- аспартазы II), активируемого аденозином, адениловой кислоты.

Аспартаза II инактивируется толуолом и чувствительна к окисляющим агентам.

Необходимо отметить также, что в основе ассимиляции атмосферного азота клубеньковыми бактериями бобовых растений, (В. radicicola) как пологают Виртанен и Лайне, лежит синтез аспарагиновой кислоты путем восстановления азота в гидроксиламин и конденсации последнего с щавеливо- уксусной кислотой в оксиминоянтарную кислоту, которая далее подвергается восстановлению в аспарагиновую кислоту.

Согласно Виртанену, корневые клубеньки бобовых растений экстрагируют в окружающую почву значительные количества аспарагиновой кислоты и b-аланина.

Вопрос о механизмах синтеза и превращений аспарагиновой кислоты в микроорганизмах требует дальнейших исследований.

Глутаминовая кислота

Помимо восстановительного аминирования a-кетоглутаровая кислота глутаминодегидразой и переаминирования, известен ряд других путей биохимического образования глутаминовой кислоты.

Глутаминовая кислота или точнее – глутамин, образуется при распаде L-гистидина под влиянием гистидазы печени по-видимому – с промежуточным образованием имидазолакриловой кислоты. На основании структурно-химических соображений и одинакового гликогенетического действия глутаминной кислоты, пролина и орнитина при флоридзиновом диабете, высказывалось предложение о наличии генетической связи между этими аминокислотами.

Возможность обратного перехода глутаминовой кислоты в пролин или орнитин в животном организме экспериментально не доказана.

В числе специфических продуктов клеточного обмена, для образования которых используется глутаминовая кислота, нужно в первую очередь отметить глютатион (g-глутамил-цистеинил-глицин) – биологически активный трипептид, имеющий широкое распространение во всех видах живых клеток. Глютатион (восстановленная или НS- форма)

В организме человека глутаминовая кислота используется для своеобразной реакции «обезвреживания». Фенилуксусная кислота, которая выделяется другими животными в виде парных соединений с глутаминовой кислотой с гликоллом (фенацетуровая кислота, у кроликов и собак) или с орнитином (фенацеторнитуровая кислотах, у птиц), в теле человека вступает в соединение с глутамином и выделяется с мочой в форме фенилацетил-L- глутамином и выделяется с мочой в форме фенилацетил L-глутамина. 

Фенилацетилглутамин. Финилуксусная кислота – единственное вещество, обезвреживаемое этим путем. Ни ее замещенные производные, ни другие ароматические кислоты не дают в человеческом организме аналогов фенилацетилглутамина.

Помимо человеческого организма, синтез фенилацетилглутамина обнаружен только у человекообразных обезьян (шимпанзе).

При безбелковой диете и повторных нагрузках фенилуксусной кислотой человек выводит в виде фенилацетилглутамина весьма значительное количество азота, в норме превращаемого в мочевину. Подобно синтезу гиппуровой кислоты, образование больших количеств фенилацетилглутамина

в таких опытах не сопровождается усиленным распадом тканевых белков (повышением общего азота мочи).

В этих опытах было дано первое прямое доказательство способности животного организма, в частности человек, к быстрому синтезу глутаминовой кислоты и ее амида из эндогенных предшественников фенилацетилглутаминовая кислота, как показали Тирфельдер и Шервин, не переходит в теле человека в фенилацетилглутамин и выводится неизменной.

Обмен и биологические функции аспарагена и глутамина

В молекуле растительных и животных белков глутаминовой и аспарагиновой кислот присутствуют преимущественно в виде соответствующих амидов.

Свободные аспарагин и глутамин – обычные составные части растительных тканей. Они активно синтезируются в прорастающих семенах и побегах и откладываются в больших количествах в листьях и корнях некоторых видов.

Накопление амидов в растительных органых наблюдается в первую очередь в условиях, для которых характерно гидролитическое расщепление и окисление больших количеств белков при одновременном недостатке углеводов, а именно, при прорастании бедных углеводами семян, в раскрывающихся листовых почках, этиолированных ростках затемненных срезанных листьев. В измененных условиях, при доставке путем фотосинтеза или каким- либо другим образом углеводов, необходимых в качестве пластического или энергетического материала или же после транспорта образовавшихся амидов в другие части растения, где происходят активные синтетические процессы, амиды используются для регенерации белков. При полном углеводном голодании накопившиеся амиды в свою очередь распадаются с образованием аммиака и окислением углеродистого скелета; в этих условиях наступает необратимое отмирание (увядание) растительного объекта. Количества аспарагина и глутамина, синтезируемые в растительных органах, значительно превышает содержание преобразованных аминодикарбоновых кислот и амидного азота в одновременно распадающихся белках. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлена способность растительных тканей к быстрому синтезу аспарагина и глутамина из органических кислот из азота, доставляемого извне в виде аммиака или отщепляемого от других аминокислот путем окислительного дезаминирования или переаминирования. Многие авторы пытались выяснить происхождение углеродистых составов аспарагина и глутамина путем искусственного введения в растительные объекты предполагаемых предшественников. В животных тканях свободный аспаргин, как правило отсутствует обнаружение аспаргина Уссингом, в гемолимфе личинок майского жука, представляет уникальное исключение.

Первым указанием на возможное участие глутамина в тканевом обмене животных были упомянутые данные Тирфельдера и Шервина о синтезе фенилацетилглутамина в организме человека.

Глутамин легко синтезируется в некоторых органах млекопитающих из глутаминовой (или кетоглутаровой) кислоты и аммиака, и что в животных тканях в различных количествах присутствуют гидролитические энземы, расщепляющие амиды аминодикарбоновых кислот-глутаминаза и аспаргиназа. Впервые Кребсом, было показано, что в срезах почек морской свинки аммиак, отщепляемый при окислении, L-глутаминовой кислоты или добавленной к среде в виде аммонийных солей, быстро связывается присутствующей в избытке глутаминовой кислотой с образованием глутамината. Синтез глутамина помимо коркового слоя почек (кролика, морской свинки, барана, крысы) был найден также в тканях мозга, в сетчатке, в срезах печени, Крицман, а также в скелетной и сердечной мышечной ткани. У свиньи, кошки, собаки и голубя, согласно Кребсу, ткань почек не амидирует глутаминовую кислоту. Синтез глутамина требует доставки энергии и связан с сохранностью клеточной структуры.

В ткани почек и мозга он сопряжен с анаэробными окислительными процессами и тормозится цианидом параллельно угнетению дыхания, а также (в мышцах и других тканях) мышьяковой кислоты. В сетчатке (свиньи и голубя), отличающийся интенсивным гликолизом, образование глутамина может происходить анаэробно, с использованием энергии гликолитической оксидоредукции, и не тормозится КСN. Установлено также, что в экстрактах печени, почек и других тканей гидролизуют аспарагин и глутамин с отщеплением аммиака; кровяная сыворотка морской свинки расщепляет только аспарагин. Различное соотношение скоростей гидролиза обоих амидов в разных тканях свидетельствует о наличии двух специфических аминов- глутаминазы и аспаргиназы. Мало того, глутаминазы различных тканей резко различаются по свойствам: глутаминазы печени имеет рН оптимум при 7,3 и не тормазится L-глутаминовой кислотой, тогда как глутаминаза почек, мозга, сетчатки и некоторых других органов действует оптимально при 9,0 и обнаруживает характерное торможение конкретного типа в присутствии свободной L-глутаровой кислоты. Вследствие этого торможения скорость энзиматического гидролиза снижается наполовину уже при расщеплении 15- 20 % взятого в опытах глутамина. В срезах печени голубя А.и Б. Эрштремы, Кребс и Эггльстон обнаружили активный синтез глутамина из аммонийных солей и щавеливоуксусной или пировиноградной кислоты ( с последней –только в бикарбонатном буфере); синтезированный глутамин был изолирован препаративно. Эти наблюдения привели в дальнейшем к открытию способности печени голубя (и других жизненных тканей) к синтезу дикарбоновых кислот из пировиноградной кислоты путем фиксации углекислоты и реакции цикла трикарбоновых кислот Ивенс и Злотин Рядом авторов было найдено, что свободный глутамин имеется в заметных количествах в большинстве органов и в крови, представляя, по-видимому, один из источников травматического и посмертного образования аммиака. Наличие в крови амида, совпадающего с глутамином по легкости гидролиза и другим свойствам, было отмечено Гаррисом и Гальтоном. Содержание глутамина в крови и в тканях определяли Фердман, Френкель и Силакова и более специфическими методами – Арчибальд и Гамильтон.

Френкель выделил глутамин из ткани мозга препаративно. Больше всего глутамина (до 225 мг в 100 г ткани) содержится в сердечной мышце, где на его долю приходится свыше 50% всего небелкового a-аминоазота; в других тканях и в крови аминоазот глутамина составляет от 12 до 25% общего

a-аминоазота.

В отличие от свободных аминокислот в крови, в транспорте которых существенную роль играет адсорбция на эритроцитах [108] глутамин крови, повидимому, распределен равномерно между плазмой и кровяными тельцами. Широкое распределение аспарагина и глутамина, их активный обмен и значение их как факторов роста для микроорганизмов придает значительный интерес вопросу об их биологической роли. 

Обезвреживание, транспорт и экскреция аммиака

Концепция роли аспарагина в растениях получила развитие в классических работах Д. Н. Прянишникова, образование аспарагина и глутамина представляет аналогию образование мочевины у животных, отличаясь от этого процесса тем, что амиды в растительном организме могут быть вновь утилизированы для построения белка. По мнению Д. Н. Прянишникова, синтез амидов служит механизмом для обезвреживания токсического для растений аммиака. В свете новых фотохимических исследований Вайнеры, Чибнолл в настоящее время уже нельзя считать, что в этом состоит единственная или главная задача синтеза амидов в растениях. В животном организме быстрое устранение аммиака в тканях, где он образуется в результате различных энзиматических процессов, составляет одну из важных функций синтеза глутамина. В качестве метаболического отброса аммиак подлежит доставке из различных тканей в печень для превращений в мочевину и в почки для экскреции. Между тем, циркулирующая кровь содержит лишь самые минимальные количества свободного аммиака. В роли транспортной формы аммиака выступает глутамин, присутствующий в кровяной плазме в концентрациях от 6 до 12 мг% и (0,6-1,2 мг % амидного азота). Функции глутамина как транспортной формы и резерва аммиака, попутно доказавших значение его в регуляции кислотно-желчного обмена. Исследования в вышеуказанных работах показали, что непосредственным и основным источником аммиака мочи служит глутамин крови. При экспериментальном ацидозе кровь при прохождении через сосуды почек отдает больше глутамина, поставляя добавочный аммиак для нейтрализации выводимых с мочой кислот, тогда как при алкалозе отщепление аммиака в почке от глутамина протекающей крови резко снижается.

Улавливание и оберегание белкового азота

Когда в растительных органах при дыхании в условиях недостатка углеводов происходит окисление белков, путем одновременного синтеза аспарагина и глутамина, а в каждой молекуле этих амидов временно откладываются в запас два атома азота (в амидной и в аминогруппе) в подвижной и метаболически активной форме. Этот азот легко доступен использованию для последующей регенерации белков. Синтез глутамина в животных тканях мы можем рассматривать как аналогичное «улавливание» и временное сбережение аминоазота из аминокислот, подвергающихся распаду при диссимиляции белков, и азота аммиака из различных источников. При этом, образовалась ли аминогруппа глутамина путем переаминирования или восстановительного аминирования кетоглутаровой кислоты или иным образом. С точки зрения регуляции обмена существенным является стабилизирующее влияние амидирования по отношению к аминогруппе, которая защищена от переаминирования и вероятно также от дезаминирования и других превращений, впредь до отщепления амидной группы.

Амидный азот глутамина в противоположность азоту конечных продуктов – мочевины, мочевой кислоты, креатинина – доступен в теле животных использованию в различных метаболических синтезах, и удаление его разблокирует аминогруппу глутаминовой кислоты, точно так же отличающуюся высокой активностью.

Амиды дикарбоновых кислот выполняют специальную функцию в синтезе мочевины. По его данным, образование мочевины за счет глутамина и аспарагина в срезах печени идет с большей интенсивностью, чем из аммиака, причем в присутствии глутамина синтез мочевины не стимулируется орнитином. Лейтгард пришел к выводу, что амидная группа глутамина непосредственно, без отщепления в виде аммиака, используется для образования мочевины, путем реакции интермолекулярного («переамидирования»). Каталитической фракции глутамина в качестве передатчика амидной группы, при образовании мочевины Лейтгард не мог обнаружить.

А. Эрштремом, М. Эрштремом и Кребсом было показано, что в срезах печени голубя синтез гипоксантина – метаболического предшественника мочевой кислоты- значительно усиливается в присутствии глутамина, особенно при одновременном добавлении пировиноградной кислоты или щавелевоуксусной кислоты. Описанный в той же работе синтез гипоксантина за счет аммиака и щавелевоуксусной кислоты (или аммиака и пировиноградной кислоты в бикарбонатном буфере) находит объяснение в способности срезов печени голубя синтезировать из названных предшественников глутамин. Непосредственным источником азота мочевой кислоты у птиц, судя по этой работе, служит глутамин, а не свободный аммиак.

 Лекарственные препараты, содержащие аминокислоты (аспарагиновую кислоту и аспарагин)

В практической медицине применяются препараты отдельных аминокислот. Широко используются в клинике аспарагиновая кислота в виде калиевых и магниевых солей – преараты «панангин» и «аспаркам».

Комбинированный препарат «Панангин» содержит 0,158 г калия аспаргината и 0,14 г магния аспаргината.

Аналогичный препарат под названием «Аспаркам» содержит по 0,175 г калия и магния аспарагина (считают, что аспарагинат является переносчиком ионов калия и магния и способствует их проникновению во внутриклеточное пространство).

Аспарагиновая кислота принимает активное участие в аминокислотном обмене, являясь исходным материалом для синтеза заменимых аминокислот в организме.

Аспарагинат усиливает проницаемость клеточных мембран для ионов калия и магния, что повышает активность синтетических процессов в клетках и облегчает процесс мышечного сокращения. В опытах на животных смесь калиевой и магниевой солей аспарагиновой кислоты повышает общую выносливость и активизируют анаболические процессы в мышцах.

Клинические исследования подтвердили эргогенный эффект панангина. При использовании панангина в очень высоких дозах (по 1,75 г каждые 6 часов) длительность работы большой мощности на велоэргометре существенно увеличивается (на 23–50%) уже после четвертого приема препарата. В меньших, суточных дозах (до 2-3 г) действие панангина развивается медленнее (после 2-4 недель приема на фоне нагрузок), и достигнутый прирост работоспособности не превышает 10–16 %. Механизм эргогенного действия аспарагинатов (панангина) объясняют усилением функционирования цикла Кребса вследствие образования (в реакции трансамминирования) щавелевоуксусной кислоты (ЩУК), дефицит которой может возникнуть при тяжелой физической деятельности и лимитировать активность цикла в целом. Важным моментом в механизме действия аспаргинатов представляется также связывание токсического аммиака, усиленно продуцируемого при нагрузках, в первую очередь, в мышцах. Какую-то роль в механизме действия панангина (вероятно, не основную) может играть при нормализации электролитного баланса за счет облегчения аспарагинатом транспорта в клетке ионов калия и магния.

Фармакологическое действие аспаркама

Источник калия (К+) и магния (Мg2+) регулирует метаболические процессы, способствует восстановлению электролитного баланса, оказывает антиаритмическое действие. Ионы К+ участвует как в проведении импульсов по нервным волокнам, так и в синаптической передачи, осуществлении мышечных сокращений, поддержания нормальной сердечной деятельности. Нарушение обмена иона К+ приводит к изменению возбудимости нервов и мышц. Активный ионный транспорт поддерживает высокий градиент иона К+ через плазменную мембрану. В малых доза иона К+ расширяет коронарные артерии в больших дозах – суживает. Ион Мg2+ является кофактором 300 ферментных реакций. Незаменимый элемент в процессах, обеспечивающих поступление и расходование энергии. Участвует в балансе электролитов, транспорте ионов, проницаемости мембран, нервно-мышечной возбудимости. Входит в структуру (пентозофосфатную) ДНК, участвует в синтезе РНК, аппарате наследственности, клеточном росте, в процессе деления клеток. Ограничивает и предупреждает чрезмерное высвобождение катехоламина при стрессе, возможны липолизы и высвобождение свободных жирных кислот. Способствует проникновению ионов К+ в клетки. Аспарагинат способствует проникновению ионов К+ и ионов Мg2+ во внутриклеточное пространство, стимулирует межклеточный синтез фосфатов.

Аспаркам (панангин) назначают при ишемической болезни сердца, аритмиях, обусловленных гипокалиемией и гипокалигистией, а также при интоксикации сердечными гликозидами. Препараты нельзя применять при нарушениях ритма, сочетающихся с атриовентрикулярной блокадой, а также при III-ей степени тяжести интоксикации сердечными гликозидами. При приеме внутрь назначают по 2-4 таблетки 3 раза в день. При острых нарушениях раствор панангина вводят внутривенно, растворив предварительно ампулу препарата в 30 мл растворителя. Препарат противопоказан при повышении уровня калия в крови и почечной недостаточности (как острой, так и хронической), поскольку применение его на фоне почечной недостаточности приводит к развитию гиперкалиемии.