Da bi ljudski organizam održao normalan život, razvio je mehanizme za eliminaciju toksičnih supstanci. Među njima, amonijak je krajnji proizvod metabolizma azotnih spojeva, prvenstveno proteina. NH3 je toksičan za organizam i, kao i svaki otrov, izlučuje se putem sistema za izlučivanje. Ali prije nego što amonijak prođe kroz niz uzastopnih reakcija, koje se nazivaju ornitinski ciklus.
Vrste metabolizma azota
Ne ispuštaju sve životinje amonijak u okolinu. Alternativne krajnje supstance metabolizma dušika su mokraćna kiselina i urea. U skladu s tim, nazivaju se tri vrste metabolizma dušika, ovisno o tvari koja se oslobađa.
Amoniotelični tip. Krajnji proizvod ovdje je amonijak. To je bezbojni gas rastvorljiv u vodi. Amoniotelija je karakteristična za sve ribe koje žive u slanoj vodi.
Ureotelični tip. Životinje koje karakterizira ureotelija oslobađaju ureu u okoliš. Primjeri suslatkovodne ribe, vodozemci i sisari, uključujući ljude.
Urikotelični tip. To uključuje one predstavnike životinjskog svijeta u kojima su konačni metabolit kristali mokraćne kiseline. Ova tvar kao produkt metabolizma dušika nalazi se kod ptica i gmizavaca.
U bilo kojem od ovih slučajeva, zadatak krajnjeg produkta metabolizma je da ukloni nepotreban dušik iz tijela. Ako se to ne dogodi, primećuje se oporezivanje ćelija i inhibicija važnih reakcija.
Šta je urea?
Urea je amid ugljene kiseline. Nastaje od amonijaka, ugljičnog dioksida, dušika i amino grupa određenih tvari tokom reakcija ornitinskog ciklusa. Urea je produkt izlučivanja ureotelnih životinja, uključujući ljude.
Urea je jedan od načina za izlučivanje viška dušika iz tijela. Formiranje ove supstance ima zaštitnu funkciju, jer. prekursor uree - amonijak, toksičan za ljudske ćelije.
Prilikom obrade 100 g proteina različite prirode, 20-25 g uree se izlučuje urinom. Supstanca se sintetizira u jetri, a zatim protokom krvi ulazi u nefron bubrega i izlučuje se zajedno s urinom.
Jetra je glavni organ za sintezu uree
U cijelom ljudskom tijelu ne postoji takva ćelija u kojoj će biti prisutni apsolutno svi enzimi ornitinskog ciklusa. Osim hepatocita, naravno. Funkcija ćelija jetre nije samo da sintetizuju i uništavaju hemoglobin, već i da provode sve reakcije sinteze uree.
UnderOpis ornitinskog ciklusa odgovara činjenici da je to jedini način za uklanjanje dušika iz tijela. Ako se u praksi inhibira sinteza ili djelovanje glavnih enzima, sinteza uree će se zaustaviti, a tijelo će umrijeti od viška amonijaka u krvi.
Ornitinski ciklus. Biohemija reakcija
Ciklus sinteze uree odvija se u nekoliko faza. Opća shema ornitinskog ciklusa je prikazana u nastavku (slika), pa ćemo svaku reakciju analizirati posebno. Prva dva stupnja odvijaju se direktno u mitohondrijima ćelija jetre.
NH3 reaguje sa ugljen-dioksidom koristeći dva ATP molekula. Kao rezultat ove reakcije koja troši energiju, nastaje karbamoil fosfat, koji sadrži makroergijsku vezu. Ovaj proces katalizira enzim karbamoil fosfat sintetaza.
Karbamoil fosfat reaguje sa ornitinom pomoću enzima ornitin karbamoil transferaze. Kao rezultat toga, visokoenergetska veza je uništena, a citrulin se formira zbog njegove energije.
Treći i naredni stadijum se ne odvijaju u mitohondrijima, već u citoplazmi hepatocita.
Postoji reakcija između citrulina i aspartata. Utroškom 1 ATP molekule i pod djelovanjem enzima arginin-sukcinat sintaze nastaje arginin-sukcinat.
Arginino-sukcinat, zajedno sa enzimom arginino-sukcin-liaza, razlaže se do arginina i fumarata.
Arginin se u prisustvu vode i pod dejstvom arginaze razlaže na ornitin (1 reakcija) i ureu (konačni proizvod). Ciklus je završen.
Energija ciklusa sinteze uree
Ornitinski ciklus je proces koji troši energiju u kojem se troše makroergijske veze molekula adenozin trifosfata (ATP). Tokom svih 5 reakcija formiraju se ukupno 3 ADP molekula. Osim toga, energija se troši na transport tvari iz mitohondrija u citoplazmu i obrnuto. Odakle dolazi ATP?
Fumarat, koji je nastao u četvrtoj reakciji, može se koristiti kao supstrat u ciklusu trikarboksilne kiseline. Tokom sinteze malata iz fumarata, NADPH se oslobađa, što rezultira 3 ATP molekula.
Reakcija deaminacije glutamata takođe igra ulogu u snabdevanju ćelija jetre energijom. Istovremeno se oslobađaju i 3 ATP molekula koji se koriste za sintezu uree.
Regulacija aktivnosti ornitinskog ciklusa
Normalno, kaskada reakcija sinteze uree funkcioniše na 60% svoje moguće vrednosti. Sa povećanim sadržajem proteina u hrani, reakcije se ubrzavaju, što dovodi do povećanja ukupne efikasnosti. Metabolički poremećaji ornitinskog ciklusa uočavaju se pri velikim fizičkim naporima i dugotrajnom gladovanju, kada tijelo počinje da razgrađuje vlastite proteine.
Regulacija ornitinskog ciklusa može se desiti i na biohemijskom nivou. Ovdje je meta glavni enzim karbamoil fosfat sintetaza. Njegov alosterični aktivator je N-acetil-glutamat. Sa visokim sadržajem u tijelu, reakcije sinteze uree se odvijaju normalno. Sa nedostatkom same supstance ili njeneprekursori, glutamat i acetil-CoA, ornitinski ciklus gubi svoje funkcionalno opterećenje.
Odnos između ciklusa sinteze uree i Krebsovog ciklusa
Reakcije oba procesa odvijaju se u mitohondrijskom matriksu. Ovo omogućava da neke organske supstance učestvuju u dva biohemijska procesa.
CO2 i adenozin trifosfat, koji nastaju u ciklusu limunske kiseline, su prekursori karbamoil fosfata. ATP je takođe najvažniji izvor energije.
Ornitinski ciklus, čije se reakcije odvijaju u hepatocitima jetre, izvor je fumarata, jednog od najvažnijih supstrata u Krebsovom ciklusu. Štoviše, ova tvar, kao rezultat nekoliko postupnih reakcija, stvara aspartat, koji se zauzvrat koristi u biosintezi ornitinskog ciklusa. Reakcija fumarata je izvor NADP, koji se može koristiti za fosforilaciju ADP-a u ATP.
Biološko značenje ornitinskog ciklusa
Velika većina dušika ulazi u tijelo kao dio proteina. U procesu metabolizma aminokiseline se uništavaju, amonijak nastaje kao krajnji produkt metaboličkih procesa. Ornitinski ciklus se sastoji od nekoliko uzastopnih reakcija, čiji je glavni zadatak detoksikacija NH3 pretvaranjem u ureu. Urea, zauzvrat, ulazi u nefron bubrega i izlučuje se iz organizma urinom.
Pored toga, nusproizvod ornitinskog ciklusa je izvor arginina, jedne od esencijalnih aminokiselina.
Prekršaji u sinteziurea može dovesti do bolesti kao što je hiperamonemija. Ovu patologiju karakteriše povećana koncentracija amonijum jona NH4+ u ljudskoj krvi. Ovi joni negativno utiču na život organizma, isključujući ili usporavajući neke važne procese. Ignoriranje ove bolesti može dovesti do smrti.
