Etapy cyklu mocznika, enzymy, funkcja, regulacja

On Cykl mocznika, Znany również jako cykl ornityny, jest to proces metaboliczny, przez który amon (NH4+), wytwarzany podczas katabolizmu aminokwasów, jest przekształcany w produkt wydalania i eliminowany z organizmu przez mocz w postaci mocznika.

Ludzie, a także wiele innych zwierząt lądowych, wykorzystują część energii, którą muszą katabolizować aminokwasy, to znaczy degradację ich w mniejszych „częściach” i uzyskiwania z tych więcej energii lub cząsteczek dla „konstrukcji” nowych związków użyteczne przez ich komórki.

Zasadniczo główne substraty w tym celu pochodzą z recyklingu białek komórkowych, które są degradowane, z degradacji jelitowej białek połkniętych żywnością i metabolizmem białek ciała, produktu postu lub pewnych stanów patologicznych.

Pierwszy krok do degradacji aminokwasu składa się z „separacji” jego grup aminowych od reszty szkieletu węglowego, aw wielu przypadkach te grupy aminowe są przenoszone do cząsteczki α-zetoglutaranu, tworząc glutaminian przez a reakcja transaminacji.

U ssaków glutaminian jest transportowany do mitochondriów komórek wątroby, gdzie enzym zwany dehydrogenazą glutaminianową uwalnia grupy aminowe z poprzednich reakcji transaminacji w postaci jonów amonowych (NH4+).

Ion Amonium (źródło: Roland Mattern / Public Domena, Via Wikimedia Commons)

W niektórych tkaninach glutaminian nie powstaje, ale grupy aminowe są transportowane jako grupa glutaminy lub jako grupa aminowa alaniny, której produkty „złamania serca” spełniają różne cele energetyczne.

Jony amonowe mogą być stosowane do syntezy nowych aminokwasów lub innych związków azotowych lub mogą być wydalane z organizmu na różne sposoby.

Zgodnie ze sposobem, w jaki eliminują wyżej wymienione grupy aminowe, zwierzęta można zaklasyfikować jako:

- Ammonialicos: Ci, którzy wyrzucają je bezpośrednio jako amoniak (ogólnie gatunki wodne)

- Ureotelic: Ci, którzy je wyrzucają jako mocznik (Wiele zwierząt lądowych)

- Uricotelic: Ci, którzy wyrzucają je w formie kwas moczowy (Ptaki i gady)

Cykl mocznika jest zatem przeprowadzony.

[TOC]

Enzymy zaangażowane w cykl mocznikowy

Enzymy uczestniczące w „utrwaleniu” amonu w moczniku są następujące:

- Fosforan syntazy karbamowskiej I, który uczestniczy w syntezie fosforanu karbamowskiego z jonów wodorowęglanowych i amonowych.

- TRANBAMILAZE Ornityna, który katalizuje przeniesienie grupy karbamoilu z fosforanu karbamowskiego do ornityny, tworząc cytrulinę.

- Syntaza argininosuksynacyjna, który katalizuje kondensację cytruliny z cząsteczką asparaginian

Może ci służyć: teoria Lamarck o ewolucji: pochodzenie, postulaty, przykłady

- Liasa lub argininosukcynacja argininosuccynacja, Niezbędne do „cięcia” argininosuksynacji w argininie i fumaranie.

- Arginaza, W stanie przekształcić argininę w mocz i ornityn.

Etapy cyklu mocznika

Cykl mocznika

Cykl mocznika, odkryty przez Hansa Krebsa i Kurta Henseleita w 1932 r., Występuje w komórkach wątroby, ponieważ wątroba jest narządem, do którego wszystkie jony upomnienia wytwarzane w różnych tkankach ciała wytwarzane w różnych tkankach ciała są „kierowane”.

Po wytwarzaniu mocznika z amonu jest to transportowane przez krew do nerki, gdzie jest wydalany wraz z moczem jako odpadem.

Cykl składa się z 5 etapów enzymatycznych, z których dwa występują w mitochondriach komórek wątroby i 3, które kończą się w cytosolu.

Ilustracja mitochondriów

Pierwszy etap: Krok jęczmienny

Pierwszą rzeczą, która powinna się zdarzyć, aby cykl mocznikowy mógł rozpocząć.

Jony amonowe mogą pochodzić z cząsteczek „przenośnika”, takich jak glutaminian.

Jednak bez względu na źródło, jony amonowe wytwarzane w mitochondriach hepatocytów są szybko przekształcane w fosforan karbamilowy w reakcję zależną od ATP, gdy koniugują z jonami dwuwarbonowymi (HCO3-) wytwarzanymi podczas oddychania mitochondrialnego.

Ta reakcja (reakcja jęczmienia lub aktywacji) jest katalizowana przez syntazę enzymu karbamowskiego I i wymaga zużycia 2 cząsteczek ATP, jak następuje:

Jony amonu (NH4 +) + jony dwuwarbonowe (HCO3-) + 2ATP → Fosforan węglowodanów + 2ADP + PI

Drugi etap: wprowadzenie pierwszego atomu azotu

Fosforan węglowodany działa jako aktywacja węglowodanów dawcy i uczestniczy w drugiej reakcji cyklu mocznika, która składa się z „darowizny” lub „dostawy” ich grupy karbamoilu na ornitynę (C5H12N2O2), która występuje nowy związek zwany cytruliną (C6H13N3O3O3. ).

(1) Ornityna + fosforan węglowodany → cytrulina + PI

Ta reakcja jest katalizowana przez enzym ornityny przezkarbamilazy, cząsteczkę fosforanu nieorganicznego i powstały produkt, cytrulina, jest „wysyłany” z matrycy mitochondrialnej do cytosolu.

Cytrulina jest często wskazywana w tekstach naukowych, takich jak karbamil -rtyna, w celu podkreślenia faktu, że jest to ornityna (rodzaj aminokwasu dibasowego) cząsteczka, w której podstawowej strukturze atomy azotu, które są eliminowane przez cykl mocznikowy.

Trzeci etap: Wprowadzenie drugiego atomu azotu

Drugi atom azotu wchodzi do cyklu mocznika z asparaginianu, który jest generowany w mitochondriach przez transaminację i jest transportowany do przestrzeni cytoplazmatycznej. Reakcja jest podawana dzięki kondensacji między grupą aminową asparaginianu a grupą karbonylową cytruliny.

Może ci służyć: flora i fauna prądów: bardziej reprezentatywne gatunki

W tym etapie powstaje, w cytosolu, argininosuccynacji, a reakcja jest katalizowana przez enzym syntazę argininosuccynacyjną. W tym procesie stosuje się kolejną cząsteczkę ATP i występuje przez pośrednik znany jako Cytrulil-SAMP.

(2A) cytrulina + ATP → Cytrulil-SAMP + PPI (pirofosforan)

(2B) Cytrulil-samp + asparaginian → argininosuccynacja + amp

(3) Argininosuccynacja → fumaran + arginina

W niektórych tekstach kroki reakcji są znane jako 2a i 2b, a trzecia reakcja to w rzeczywistości odwracalna reakcja, w której argininosuccynacja jest przecięta w celu uwolnienia wolnej argininy i fumaranu, znanego również jako liaza argininosuccynacyjna.

Fumaran może wejść do mitochondriów i być częścią cyklu Krebsa, podczas gdy arginina trwa w cyklu mocznika.

Czwarty etap: produkcja mocznika

Arginina wytwarzana w cytosolu, jak właśnie omówiliśmy, służy jako substrat dla enzymu, który katalizuje ostatnią reakcję cyklu mocznika: arginaza. Ten enzym jest odpowiedzialny za „przecięcie” argininy i produkcję z mocznikiem i ornityną.

- Miejsca docelowe obu produktów

„Zregenerowana” ornityna jest transportowana z cytosolu do mitochondriów, gdzie może ponownie uczestniczyć w kolejnej rundzie cyklu.

Z drugiej strony mocznik jest transportowany do nerek przez krew i odrzuca mocz.

Funkcjonować

Cykl mocznika umożliwia skuteczną eliminację jonów amonowych, których akumulacja jest potencjalnie toksyczna dla praktycznie wszystkich zwierząt lądowych.

Jednak ilość atomów azotu, które są eliminowane przez tę trasę metaboliczną, zależy od różnych warunków:

- Na przykład dieta bogata w białko implikuje zużycie aminokwasów jako paliwa energetycznego, więc prowadzi do większej produkcji mocznika z nadwyżek grup aminowych.

- Przedłużony post, który wcześniej czy później aktywuje degradację białek mięśniowych w celu uzyskania energii, również wyniki.

Rozporządzenie

Różne zmiany w aktywności cyklu mocznika można podać dzięki regulacji szybkości syntezy czterech enzymów cyklu i fosforanu syntetycznego I w hepatocytach, które działa w początkowej reakcji aktywacji.

U zwierząt, które szybko przez dłuższe czasy lub u tych, którzy mają diety bogate w białko, 5 enzymów zaangażowanych w trasę jest syntetyzowane w stosunkowo wysokim tempie, w porównaniu z zwierzętami, które mają różnorodne diety i które spożywają węglowodany i tłuszcze.

Może ci służyć: flora i fauna Tamaulipas: bardziej reprezentatywne gatunki

Pomimo powyższego enzymy te są również regulowane alostérycznie, na przykład syntaza fosforanu karbamolu I jest Alestéricalnie aktywowana przez N-acetyloglutaminian, który jest wytwarzany z acetylo-CoA i glutaminianu przez enzym N-acetyloglutaminian, którego aktywność jest to mądre regulacja.

Poziomy syntezy tego ostatniego enzymu zależą od ilości acetylo-CoA, glutaminianu i argininy (jego aktywatora), więc te cząsteczki pośrednio uczestniczą w aktywacji pierwszego etapu cyklu mocznika.

Zaburzenia cyklu mocznika

Opisano liczne zaburzenia lub zaburzenia w cyklu mocznika, które mają związek z defektami genetycznymi związanymi z enzymami, które katalizują różne etapy reakcji i które są odpowiedzialne za rozwój znanych warunków jako hiperamonemii.

Pacjenci cierpiący na te zaburzenia obejmują szeroki zakres wieku, niektórzy rozwijają objawy w okresie noworodkowym, w dzieciństwie i okresie dojrzewania.

Diagnoza kliniczna tych chorób patologicznych odbywa się głównie przez pomiar stężenia amonu w osoczu krwi i ogólnie jego akumulacja implikuje rozwój encefalopatii, z których niektóre mogą być śmiertelne lub wytwarzać niszczycielskie następstwa neurologiczne.

Najczęstszym zaburzeniem jest niedobór enzymu przezkrębarnobamilazy, który ma dziedziczny wzór związany z chromosomem X, podczas gdy choroby związane z innymi enzymami są autosomalne choroby recesywne, przynajmniej niedoborem enzymu arginazy arginazy.

Zaburzenia w okresie noworodków

Niemowlęta z niedoborami w pierwszych 4 enzymach trasy rodzą się jako „normalne” dzieci, ale za kilka dni rozwijają objawy encefalopatii wytwarzanej przez nadmiar stężenia amonu. Objawy to letarg, głód i wreszcie jeść.

Gdy encefalopatia nie jest leczona, można opracować obrzęk, który może zakończyć się potrzebą sztucznych respiratorów.

Późne zaburzenia

Może wystąpić przypadek pacjentów z częściowymi niedoborami enzymów cyklu mocznika, więc objawy mogą pojawiać się w dzieciństwie, dojrzewaniu lub dorosłości.

Wśród najczęstszych objawów są „niewytłumaczalne przecinki” i encefalopatie, których pochodzenie potwierdza się poprzez kwantyfikację amonu krwi.

Bibliografia

1. Brody, t. (1998). Biochemia żywieniowa. Elsevier.
2. Burton, ur. K. (2000). Zaburzenia cyklu mocznika. Kliniki choroby wątroby, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, w. I. (1986). Enzymy cyklu mocznika ssaka. Coroczny przegląd genetyki, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. V. (2006). Zaburzenia cyklu mocznika i powiązane enzymy. Wrodzone desones metaboliczny (PP. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, zm. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Zasady biochemii lehninger. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Zaburzenia metabolizmu aminokwasowego. W podstawowej neurochemii (PP. 737-754). Academic Press.