Aby si ľudské telo udržalo normálny život, má vyvinuté mechanizmy na odstraňovanie toxických látok. Medzi nimi je amoniak konečným produktom metabolizmu dusíkatých zlúčenín, predovšetkým bielkovín. NH3 je pre telo toxický a ako každý jed sa vylučuje vylučovacím systémom. Ale predtým, ako amoniak podstúpi sériu postupných reakcií, ktoré sa nazývajú ornitínový cyklus.
Typy metabolizmu dusíka
Nie všetky zvieratá uvoľňujú amoniak do životného prostredia. Alternatívnymi konečnými látkami metabolizmu dusíka sú kyselina močová a močovina. Podľa toho sa v závislosti od uvoľnenej látky nazývajú tri typy metabolizmu dusíka.
Amoniotelový typ. Konečným produktom je tu amoniak. Je to bezfarebný plyn rozpustný vo vode. Amoniotel je charakteristický pre všetky ryby, ktoré žijú v slanej vode.
Ureotelický typ. Zvieratá, ktoré sa vyznačujú ureotéliou, uvoľňujú močovinu do prostredia. Príklady súsladkovodné ryby, obojživelníky a cicavce vrátane ľudí.
Urikotelový typ. Patria sem tí predstavitelia živočíšneho sveta, v ktorých konečným metabolitom sú kryštály kyseliny močovej. Táto látka ako produkt metabolizmu dusíka sa nachádza u vtákov a plazov.
V každom z týchto prípadov je úlohou konečného produktu metabolizmu odstrániť z tela nepotrebný dusík. Ak sa tak nestane, pozoruje sa zdaňovanie buniek a inhibícia dôležitých reakcií.
Čo je močovina?
Močovina je amid kyseliny uhličitej. Vzniká z amoniaku, oxidu uhličitého, dusíka a aminoskupín určitých látok pri reakciách ornitínového cyklu. Močovina je vylučovací produkt ureotelických zvierat vrátane ľudí.
Močovina je jedným zo spôsobov, ako vylučovať prebytočný dusík z tela. Tvorba tejto látky má ochrannú funkciu, pretože. prekurzor močoviny – amoniak, toxický pre ľudské bunky.
Pri spracovaní 100 g bielkovín rôzneho charakteru sa močom vylúči 20-25 g močoviny. Látka sa syntetizuje v pečeni a potom s prietokom krvi vstupuje do nefrónu obličiek a vylučuje sa spolu s močom.
Pečeň je hlavným orgánom pre syntézu močoviny
V celom ľudskom tele neexistuje taká bunka, v ktorej by boli prítomné absolútne všetky enzýmy ornitínového cyklu. Okrem hepatocytov, samozrejme. Funkciou pečeňových buniek nie je len syntetizovať a ničiť hemoglobín, ale tiež vykonávať všetky reakcie syntézy močoviny.
PodOpis ornitínového cyklu zodpovedá skutočnosti, že je to jediný spôsob, ako odstrániť dusík z tela. Ak v praxi dôjde k inhibícii syntézy alebo účinku hlavných enzýmov, syntéza močoviny sa zastaví a telo zomrie na prebytok amoniaku v krvi.
Ornitinový cyklus. Biochémia reakcií
Cyklus syntézy močoviny prebieha v niekoľkých fázach. Všeobecná schéma ornitínového cyklu je uvedená nižšie (obrázok), takže každú reakciu budeme analyzovať samostatne. Prvé dve fázy prebiehajú priamo v mitochondriách pečeňových buniek.
NH3 reaguje s oxidom uhličitým pomocou dvoch molekúl ATP. V dôsledku tejto energeticky náročnej reakcie vzniká karbamoylfosfát, ktorý obsahuje makroergickú väzbu. Tento proces je katalyzovaný enzýmom karbamoylfosfátsyntetáza.
Karbamoylfosfát reaguje s ornitínom prostredníctvom enzýmu ornitínkarbamoyltransferázy. Výsledkom je zničenie vysokoenergetickej väzby a vďaka jeho energii vzniká citrulín.
Tretie a ďalšie štádium neprebiehajú v mitochondriách, ale v cytoplazme hepatocytov.
Medzi citrulínom a aspartátom dochádza k reakcii. Spotrebou 1 molekuly ATP a pôsobením enzýmu arginín-sukcinátsyntázy vzniká arginín-sukcinát.
Arginino-sukcinát sa spolu s enzýmom arginino-sukcin-lyáza rozkladá na arginín a fumarát.
Arginín sa v prítomnosti vody a pôsobením arginázy rozkladá na ornitín (1 reakcia) a močovinu (konečný produkt). Cyklus je dokončený.
Energia cyklu syntézy močoviny
Ornitínový cyklus je energeticky náročný proces, pri ktorom sa spotrebúvajú makroergické väzby molekúl adenozíntrifosfátu (ATP). Počas všetkých 5 reakcií sa spolu vytvoria 3 molekuly ADP. Okrem toho sa energia vynakladá na transport látok z mitochondrií do cytoplazmy a naopak. Odkiaľ pochádza ATP?
Fumarát, ktorý vznikol pri štvrtej reakcii, možno použiť ako substrát v cykle trikarboxylových kyselín. Počas syntézy malátu z fumarátu sa uvoľňuje NADPH, výsledkom čoho sú 3 molekuly ATP.
Reakcia deaminácie glutamátu tiež zohráva úlohu pri zásobovaní pečeňových buniek energiou. Zároveň sa uvoľňujú aj 3 molekuly ATP, ktoré sa využívajú na syntézu močoviny.
Regulácia aktivity ornitínového cyklu
Normálne funguje kaskáda reakcií syntézy močoviny na 60 % svojej možnej hodnoty. So zvýšeným obsahom bielkovín v potravinách sa zrýchľujú reakcie, čo vedie k zvýšeniu celkovej účinnosti. Metabolické poruchy ornitínového cyklu sú pozorované pri vysokej fyzickej námahe a dlhotrvajúcom pôste, kedy telo začína rozkladať vlastné bielkoviny.
Regulácia ornitínového cyklu môže prebiehať aj na biochemickej úrovni. Tu je cieľom hlavný enzým karbamoylfosfátsyntetáza. Jeho alosterický aktivátor je N-acetyl-glutamát. S jej vysokým obsahom v tele prebiehajú reakcie syntézy močoviny normálne. S nedostatkom samotnej látky alebo jejprekurzory, glutamát a acetyl-CoA, ornitínový cyklus stráca svoju funkčnú záťaž.
Vzťah medzi cyklom syntézy močoviny a Krebsovým cyklom
Reakcie oboch procesov prebiehajú v mitochondriálnej matrici. To umožňuje niektorým organickým látkam zúčastniť sa dvoch biochemických procesov.
CO2 a adenozíntrifosfát, ktoré sa tvoria v cykle kyseliny citrónovej, sú prekurzormi karbamoylfosfátu. ATP je tiež najdôležitejším zdrojom energie.
Ornitínový cyklus, ktorého reakcie prebiehajú v pečeňových hepatocytoch, je zdrojom fumarátu, jedného z najdôležitejších substrátov v Krebsovom cykle. Okrem toho táto látka v dôsledku niekoľkých postupných reakcií vedie k vzniku aspartátu, ktorý sa zase používa pri biosyntéze ornitínového cyklu. Fumarátová reakcia je zdrojom NADP, ktorý možno použiť na fosforyláciu ADP na ATP.
Biologický význam ornitínového cyklu
Prevažná väčšina dusíka vstupuje do tela ako súčasť bielkovín. V procese metabolizmu sa aminokyseliny ničia, ako konečný produkt metabolických procesov vzniká amoniak. Ornitínový cyklus pozostáva z niekoľkých po sebe nasledujúcich reakcií, ktorých hlavnou úlohou je detoxikovať NH3 premenou na močovinu. Močovina zasa vstupuje do nefrónu obličiek a vylučuje sa z tela močom.
Vedľajší produkt ornitínového cyklu je navyše zdrojom arginínu, jednej z esenciálnych aminokyselín.
Porušenia v syntézemočovina môže viesť k ochoreniu, ako je hyperamonémia. Táto patológia je charakterizovaná zvýšenou koncentráciou amónnych iónov NH4+ v ľudskej krvi. Tieto ióny nepriaznivo ovplyvňujú život tela, vypínajú alebo spomaľujú niektoré dôležité procesy. Ignorovanie tejto choroby môže viesť k smrti.
