Jotta ihmiskeho voi ylläpitää normaalia elämää, se on kehittänyt mekanismeja myrkyllisten aineiden poistamiseksi. Niistä ammoniakki on typpipitoisten yhdisteiden, pääasiassa proteiinien, aineenvaihdunnan lopputuote. NH3 on myrkyllistä keholle ja, kuten mikä tahansa myrkky, erittyy erittymisjärjestelmän kautta. Mutta ennen kuin ammoniakki käy läpi sarjan peräkkäisiä reaktioita, joita kutsutaan ornitiinikierroksi.
Typpiaineenvaihdunnan tyypit
Kaikki eläimet eivät päästä ammoniakkia ympäristöön. Typpiaineenvaihdunnan vaihtoehtoisia loppuaineita ovat virtsahappo ja urea. Tämän mukaisesti kutsutaan kolmea typen aineenvaihduntatyyppiä vapautuvasta aineesta riippuen.
Ammoniotelinen tyyppi. Lopputuote tässä on ammoniakki. Se on väritön kaasu, joka liukenee veteen. Ammoniotelia on ominaista kaikille suolavedessä eläville kaloille.
Ureoottinen tyyppi. Eläimet, joille on ominaista ureotelia, vapauttavat ureaa ympäristöön. Esimerkkejä ovatmakean veden kalat, sammakkoeläimet ja nisäkkäät, mukaan lukien ihmiset.
Urikoteettinen tyyppi. Tämä sisältää ne eläinmaailman edustajat, joissa lopullinen metaboliitti on virtsahappokiteitä. Tätä ainetta on typen aineenvaihdunnan tuotteena linnuissa ja matelijoissa.
Kaikissa näissä tapauksissa aineenvaihdunnan lopputuotteen tehtävänä on poistaa tarpeeton typpi elimistöstä. Jos näin ei tapahdu, havaitaan solujen verotusta ja tärkeiden reaktioiden estymistä.
Mikä on urea?
Urea on hiilihapon amidi. Se muodostuu ammoniakista, hiilidioksidista, typestä ja tiettyjen aineiden aminoryhmistä ornitiinikierron reaktioiden aikana. Urea on ureoteelisten eläinten, myös ihmisten, erittyvä tuote.
Urea on yksi tapa poistaa ylimääräinen typpi elimistöstä. Tämän aineen muodostumisella on suojaava tehtävä, koska. urean esiaste - ammoniakki, myrkyllinen ihmissoluille.
Kun käsitellään 100 g erityyppistä proteiinia, 20-25 g ureaa erittyy virtsaan. Aine syntetisoituu maksassa, minkä jälkeen se verenvirtauksen mukana kulkeutuu munuaisen nefroniin ja erittyy virtsan mukana.
Maksa on pääelin urean synteesiä varten
Koko ihmiskehossa ei ole sellaista solua, jossa olisi ehdottomasti kaikki ornitiinisyklin entsyymit. Paitsi tietysti hepatosyyttejä. Maksasolujen tehtävänä ei ole vain syntetisoida ja tuhota hemoglobiinia, vaan myös suorittaa kaikki ureasynteesin reaktiot.
AlleOrnitiinikierron kuvaus sopii siihen tosiasiaan, että se on ainoa tapa poistaa typpeä kehosta. Jos käytännössä pääentsyymien synteesi tai toiminta estyy, urean synteesi pysähtyy ja keho kuolee veren liiallisesta ammoniakin vaikutuksesta.
Ornitiinikierto. Reaktioiden biokemia
Ureasynteesisykli tapahtuu useissa vaiheissa. Ornitiinikierron yleinen kaavio on esitetty alla (kuva), joten analysoimme jokaisen reaktion erikseen. Kaksi ensimmäistä vaihetta tapahtuvat suoraan maksasolujen mitokondrioissa.
NH3 reagoi hiilidioksidin kanssa käyttämällä kahta ATP-molekyyliä. Tämän energiaa kuluttavan reaktion seurauksena muodostuu karbamoyylifosfaattia, joka sisältää makroergisen sidoksen. Tätä prosessia katalysoi entsyymi karbamoyylifosfaattisyntetaasi.
Karbamoyylifosfaatti reagoi ornitiinin kanssa ornitiinikarbamoyylitransferaasientsyymin vaikutuksesta. Tämän seurauksena korkeaenerginen sidos tuhoutuu ja sitrulliinia muodostuu sen energian vaikutuksesta.
Kolmas ja sitä seuraavat vaiheet eivät tapahdu mitokondrioissa, vaan hepatosyyttien sytoplasmassa.
Sitrulliinin ja aspartaatin välillä tapahtuu reaktio. Yhden ATP-molekyylin kulutuksen ja arginiinisukkinaattisyntaasientsyymin vaikutuksesta muodostuu arginiinisukkinaattia.
Argininosukkinaatti yhdessä argininosukkiini-lyaasientsyymin kanssa hajoaa arginiiniksi ja fumaraatiksi.
Arginiini hajoaa veden läsnä ollessa ja arginaasin vaikutuksesta ornitiiniksi (1 reaktio) ja ureaksi (lopputuote). Jakso on valmis.
Ureasynteesisyklin energia
Ornitiinikierto on energiaa kuluttava prosessi, jossa adenosiinitrifosfaatti (ATP) -molekyylien makroergiset sidokset kuluvat. Kaikkien 5 reaktion aikana muodostuu yhteensä 3 ADP-molekyyliä. Lisäksi energiaa kuluu aineiden kuljettamiseen mitokondrioista sytoplasmaan ja päinvastoin. Mistä ATP tulee?
Fumaraattia, joka muodostui neljännessä reaktiossa, voidaan käyttää substraattina trikarboksyylihappokierrossa. Malaatin synteesin aikana fumaraatista vapautuu NADPH:ta, mikä johtaa 3 ATP-molekyyliin.
Glutamaatin deaminaatioreaktiolla on myös rooli maksasolujen energian saamisessa. Samalla vapautuu myös 3 ATP-molekyyliä, joita käytetään urean synteesiin.
Ornitiinikierron toiminnan säätely
Normaalisti urean synteesireaktioiden kaskadi toimii 60 %:ssa sen mahdollisesta arvosta. Ruoan lisääntyneen proteiinipitoisuuden myötä reaktiot kiihtyvät, mikä johtaa yleisen tehokkuuden kasvuun. Ornitiinikierron aineenvaihduntahäiriöitä havaitaan kovan fyysisen rasituksen ja pitkäaikaisen paaston aikana, kun keho alkaa hajottaa omia proteiinejaan.
Ornitiinikierron säätely voi tapahtua myös biokemiallisella tasolla. Tässä kohteena on pääentsyymi karbamoyylifosfaattisyntetaasi. Sen allosteerinen aktivaattori on N-asetyyliglutamaatti. Sen korkean pitoisuuden ansiosta ureasynteesireaktiot etenevät normaalisti. Itse aineen tai sen puutteen kanssaesiaste, glutamaatti ja asetyyli-CoA, ornitiinikierto menettää toiminnallisen kuormituksensa.
Ureasynteesisyklin ja Krebsin syklin välinen suhde
Molempien prosessien reaktiot tapahtuvat mitokondriomatriisissa. Tämä mahdollistaa joidenkin orgaanisten aineiden osallistumisen kahteen biokemialliseen prosessiin.
CO2 ja adenosiinitrifosfaatti, joita muodostuu sitruunahappokierrossa, ovat karbamoyylifosfaatin esiasteita. ATP on myös tärkein energianlähde.
Ornitiinikierto, jonka reaktiot tapahtuvat maksan hepatosyyteissä, on fumaraatin lähde, joka on yksi Krebsin syklin tärkeimmistä substraateista. Lisäksi tämä aine tuottaa useiden vaiheittaisten reaktioiden seurauksena aspartaattia, jota puolestaan käytetään ornitiinisyklin biosynteesissä. Fumaraattireaktio on NADP:n lähde, jota voidaan käyttää ADP:n fosforyloimiseen ATP:ksi.
Ornitiinikierron biologinen merkitys
V altaosa typestä pääsee kehoon osana proteiineja. Aineenvaihduntaprosessissa aminohapot tuhoutuvat, ammoniakkia muodostuu aineenvaihduntaprosessien lopputuotteena. Ornitiinikierto koostuu useista peräkkäisistä reaktioista, joiden päätehtävänä on puhdistaa NH3 muuttamalla se ureaksi. Urea puolestaan pääsee munuaisen nefroniin ja erittyy elimistöstä virtsan mukana.
Lisäksi ornitiinikierron sivutuote on arginiinin lähde, yksi välttämättömistä aminohapoista.
Synteesin rikkomukseturea voi johtaa sairauteen, kuten hyperammonemiaan. Tälle patologialle on ominaista ammoniumionien NH4+ lisääntynyt pitoisuus ihmisen veressä. Nämä ionit vaikuttavat haitallisesti kehon elämään ja sammuttavat tai hidastavat joitain tärkeitä prosesseja. Tämän taudin huomiotta jättäminen voi johtaa kuolemaan.
