Цикълът на уреята - как се отърваваме от азота си

уреята

Изображение: „Кампания с удобства” от Дейвид Дж. Лиценз: CC BY 2.0

азот

Азотът се произвежда от Разграждане на аминокиселини, градивните елементи на протеините. Излишният азот трябва да бъде свързан и елиминиран в урината, тъй като той присъства в амоняк при физиологично рН като амониев йон (NH4 +) и следователно е токсичен.

урея

Карбамидът, от който се образуват около 30 g на ден, има добра разтворимост във вода, което му позволява да се транспортира чрез кръвта и е най-важният транспортер на азот от черния дроб до бъбреците, заедно с глутамин.

Местоположение на урейния цикъл

Цикълът на уреята се извършва изключително в хепатоцитите на черния дроб. На клетъчно ниво участват ензими на митохондриалната матрица, транспортери на митохондриалната мембрана и ензими в цитозола. Уреята се получава чрез хидролитично разцепване на аргинин в цитозола.

Посоченият цикъл е отговорен за регенерацията на аргинин от орнитин и по този начин осигурява елиминирането на излишния азот.

Цикълът

Етап 1

Първо, карбамоил фосфатът се образува в митохондриалната матрица от карбамоил фосфат синтетаза 1. В тази реакция 2 ATP се превръщат в 2 ADP + 1 Pi, така че HCO3 - да може да реагира с NH4 +. Фосфатен остатък остава в продукта и се използва във втория етап за синтезиране на цитрулин.

стъпка 2

Орнитинът, който се предлага в митохондриалната матрица, реагира с карбамоил фосфат, образувайки цитрулин, като фосфатният остатък на карбамоил фосфата се отделя. Тази реакция се катализира от орнитин карбамоил трансферазата.

Транспортиране в цитозола

По-нататъшните реакции на цикъла протичат в цитозола на хапатоцитите. За тази цел цитрулинът се транспортира през митохондриалната мембрана с помощта на орнитин-цитрулиновия транспортер (ORNT) в замяна с орнитин.

стъпка 3

Катализиран от аргининосукцинат синтетаза, цитрулинът реагира с аспартат, образувайки аргининосукцинат, в зависимост от АТФ. Това създава AMP, който може да се регенерира до ATP с усилието на 2 киназни реакции. Енергията на АТФ е необходима за свързване на аминогрупата на аминокиселината аспартат с въглеродния атом, който първоначално идва от карбамоил фосфата.

Стъпка 4

Аргининосукцинатната лиаза разделя фумарат от аргининосукцинат, така че се образува аргинин с характерната гуанидинова група.

Стъпка 5

Сега карбамидът може да бъде отделен с помощта на хидролитична реакция от аргиназата, така че да се образува орнитин. Орнитинът влиза в митохондриалната матрица през ORNT в замяна с цитрулин, така че цикълът може да започне отначало със стъпка 2.

Фигура 1 показва реакциите на урейния цикъл и отделенията, включени като обобщаващ преглед:

Фигура 1: Цикъл на карбамид, източник: Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich Biochemistry and Pathobiochemistry 8th, изцяло преработено издание, Springer 2007, стр. 446

Регенерация на аспартат от фумарат

Полученият в стъпка 4 фумарат може да се регенерира индиректно до аспартат, което се изисква в стъпка 3. Първо, фумаратът се хидратира до малат чрез фумарат хиратаза. Малатът сега се окислява до оксалоацетат чрез малат дехидрогеназа по NAD-зависим начин.

Тези две реакции протичат и в цикъла на лимонената киселина. Разликата се крие в мястото на реакцията. За разлика от цикъла на лимонената киселина, който протича в митохондриалната матрица, реакциите за регенерация на аспартата се катализират в цитозола. Сега оксалоацетатът реагира на аспартат в зависимост от аспартат аминотрансферазата пиридоксал фосфат (Vit-B6). Тук аминогрупата на глутамат се прехвърля в оксалоацетат, така че в допълнение към аспартата се образува алфа-кетоглутарат.

регулиране

Ензимът на пейсмейкъра от урейния цикъл е карбамоил фосфат синтетаза 1. Това ще алостерично активиран от повишена поява на N-ацетил глутамат.

Тази молекула е от една страна образ на повишена концентрация на глутамат и по този начин на повишено присъствие на азот, от друга страна сигнал, че има достатъчно енергия за цикъла на урея, тъй като има достатъчно ацетил-КоА за цикъла на лимонената киселина.

И двете условия са необходими за разумно регулиране на цикъла на урея.

литература

Това резюме се основава на съдържанието на съответните учебници по биохимия за лекари, които се препоръчват за задълбочено проучване на фактите.

  • Rassow et al.: Биохимия на двойни серии. Издание, Thieme-Verlag, Щутгарт 2012, ISBN 978-3-13-125353-8.
  • Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich (Eds.): Biochemistry and Pathobiochemistry., Напълно преработено издание. Springer Medicine, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-32680-9