Aby si lidské tělo udrželo normální život, vyvinulo si mechanismy pro eliminaci toxických látek. Mezi nimi je amoniak konečným produktem metabolismu dusíkatých sloučenin, především bílkovin. NH3 je pro tělo toxický a jako každý jed je vylučován vylučovacím systémem. Než však amoniak podstoupí řadu po sobě jdoucích reakcí, kterým se říká ornitinový cyklus.
Typy metabolismu dusíku
Ne všechna zvířata uvolňují amoniak do životního prostředí. Alternativními konečnými látkami metabolismu dusíku jsou kyselina močová a močovina. Podle toho se v závislosti na uvolněné látce nazývají tři typy metabolismu dusíku.
Amoniotelový typ. Konečným produktem je zde amoniak. Je to bezbarvý plyn rozpustný ve vodě. Amoniothelia je charakteristická pro všechny ryby, které žijí ve slané vodě.
Ureotelický typ. Zvířata, která se vyznačují ureothelií, uvolňují močovinu do prostředí. Příklady jsousladkovodní ryby, obojživelníci a savci, včetně lidí.
Urikotelový typ. Patří sem ti zástupci živočišného světa, ve kterých jsou konečným metabolitem krystaly kyseliny močové. Tato látka jako produkt metabolismu dusíku se nachází u ptáků a plazů.
V každém z těchto případů je úkolem konečného produktu metabolismu odstranit z těla nepotřebný dusík. Pokud se tak nestane, je pozorováno zdanění buněk a inhibice důležitých reakcí.
Co je močovina?
Močovina je amid kyseliny uhličité. Vzniká z amoniaku, oxidu uhličitého, dusíku a aminoskupin určitých látek při reakcích ornitinového cyklu. Močovina je vylučovací produkt ureotelických zvířat, včetně lidí.
Močovina je jedním ze způsobů, jak vylučovat přebytečný dusík z těla. Vznik této látky má ochrannou funkci, protože. prekurzor močoviny - amoniak, toxický pro lidské buňky.
Při zpracování 100 g bílkovin různé povahy se močí vyloučí 20-25 g močoviny. Látka je syntetizována v játrech a poté s průtokem krve vstupuje do nefronu ledvin a je vylučována spolu s močí.
Játra jsou hlavním orgánem pro syntézu močoviny
V celém lidském těle není žádná taková buňka, ve které by byly přítomny absolutně všechny enzymy ornitinového cyklu. Kromě hepatocytů, samozřejmě. Funkcí jaterních buněk není pouze syntetizovat a ničit hemoglobin, ale také provádět všechny reakce syntézy močoviny.
PodPopis ornitinového cyklu odpovídá skutečnosti, že je to jediný způsob, jak odstranit dusík z těla. Pokud v praxi dojde k inhibici syntézy nebo působení hlavních enzymů, syntéza močoviny se zastaví a tělo zemře na přebytek amoniaku v krvi.
Ornitinový cyklus. Biochemie reakcí
Cyklus syntézy močoviny probíhá v několika fázích. Obecné schéma ornitinového cyklu je uvedeno níže (obrázek), takže budeme analyzovat každou reakci zvlášť. První dvě fáze probíhají přímo v mitochondriích jaterních buněk.
NH3 reaguje s oxidem uhličitým pomocí dvou molekul ATP. V důsledku této energeticky náročné reakce vzniká karbamoylfosfát, který obsahuje makroergickou vazbu. Tento proces je katalyzován enzymem karbamoylfosfátsyntetázou.
Karbamoylfosfát reaguje s ornitinem enzymem ornithinkarbamoyltransferázou. V důsledku toho je vysokoenergetická vazba zničena a díky jeho energii vzniká citrulin.
Třetí a další fáze neprobíhají v mitochondriích, ale v cytoplazmě hepatocytů.
Mezi citrulinem a aspartátem dochází k reakci. Při spotřebě 1 molekuly ATP a působením enzymu arginin-sukcinátsyntázy vzniká arginin-sukcinát.
Arginino-sukcinát se společně s enzymem arginino-sukcin-lyázou rozkládá na arginin a fumarát.
Arginin se v přítomnosti vody a působením arginázy rozkládá na ornitin (1 reakce) a močovinu (konečný produkt). Cyklus je dokončen.
Energie cyklu syntézy močoviny
Ornitinový cyklus je energeticky náročný proces, při kterém se spotřebovávají makroergické vazby molekul adenosintrifosfátu (ATP). Během všech 5 reakcí se vytvoří celkem 3 molekuly ADP. Kromě toho se energie vynakládá na transport látek z mitochondrií do cytoplazmy a naopak. Odkud pochází ATP?
Fumarát, který vznikl ve čtvrté reakci, lze použít jako substrát v cyklu trikarboxylových kyselin. Během syntézy malátu z fumarátu se uvolňuje NADPH, což vede ke vzniku 3 molekul ATP.
Reakce deaminace glutamátu také hraje roli při zásobování jaterních buněk energií. Zároveň se také uvolňují 3 molekuly ATP, které se využívají pro syntézu močoviny.
Regulace aktivity ornitinového cyklu
Normálně kaskáda reakcí syntézy močoviny funguje na 60 % své možné hodnoty. Se zvýšeným obsahem bílkovin v potravinách se zrychlují reakce, což vede ke zvýšení celkové účinnosti. Metabolické poruchy ornitinového cyklu jsou pozorovány při vysoké fyzické námaze a dlouhodobém hladovění, kdy tělo začíná štěpit vlastní bílkoviny.
Regulace ornitinového cyklu může probíhat také na biochemické úrovni. Zde je cílem hlavní enzym karbamoylfosfátsyntetáza. Jeho alosterický aktivátor je N-acetyl-glutamát. Při jejím vysokém obsahu v těle probíhají reakce syntézy močoviny normálně. S nedostatkem látky samotné nebo jejíprekurzory, glutamát a acetyl-CoA, ornitinový cyklus ztrácí svou funkční zátěž.
Vztah mezi cyklem syntézy močoviny a Krebsovým cyklem
Reakce obou procesů probíhají v mitochondriální matrix. To umožňuje některým organickým látkám účastnit se dvou biochemických procesů.
CO2 a adenosintrifosfát, které se tvoří v cyklu kyseliny citrónové, jsou prekurzory karbamoylfosfátu. ATP je také nejdůležitějším zdrojem energie.
Ornitinový cyklus, jehož reakce probíhají v jaterních hepatocytech, je zdrojem fumarátu, jednoho z nejdůležitějších substrátů v Krebsově cyklu. Navíc tato látka v důsledku několika postupných reakcí dává vznik aspartátu, který se zase používá při biosyntéze ornitinového cyklu. Fumarátová reakce je zdrojem NADP, který lze použít k fosforylaci ADP na ATP.
Biologický význam ornitinového cyklu
Naprostá většina dusíku vstupuje do těla jako součást bílkovin. V procesu metabolismu se aminokyseliny ničí, jako konečný produkt metabolických procesů vzniká amoniak. Ornitinový cyklus se skládá z několika po sobě jdoucích reakcí, jejichž hlavním úkolem je detoxikovat NH3 přeměnou na močovinu. Močovina zase vstupuje do nefronu ledvin a je vylučována z těla močí.
Kromě toho je vedlejší produkt ornitinového cyklu zdrojem argininu, jedné z esenciálních aminokyselin.
Porušení syntézymočovina může vést k onemocnění, jako je hyperamonémie. Tato patologie je charakterizována zvýšenou koncentrací amonných iontů NH4+ v lidské krvi. Tyto ionty nepříznivě ovlivňují život těla, vypínají nebo zpomalují některé důležité procesy. Ignorování této nemoci může vést ke smrti.
