Močovinový cyklus

Z WikiKnihovna
Verze z 26. 5. 2013, 13:53, kterou vytvořil Exlerová 326913 (diskuse | příspěvky)
(rozdíl) ← Starší verze | zobrazit aktuální verzi (rozdíl) | Novější verze → (rozdíl)
Schéma močovinového cyklu

Močovinový cyklus, inak nazývaný ornitínový cyklus, je metabolickým cyklom, ktorý pomáha telu zbavovať se nadbytočného dusíka. Ten je zakomponovaný do močoviny a následne v moči vylúčený von. Močovinový cyklus slúži k ochrane organizmu pred toxickými účinkami amoniaku (čpavku). Močovina, do ktorej je amoniak zabudovávaný, je výrazne menej toxická. Močovinový cyklus prebieha hlavne v pečeni, pričom časť cyklu sa odohráva v mitochondrii a druhá časť v cytoplazme.

Súhrn močovinového cyklu je možné skrátene vyjadriť ako:

HCO3- + NH3 + Asp + 3ATP → CO(NH2)2 + fumarát + 2ADP +1AMP + 2Pi+ 1PPi

Vylučovanie dusíka

Nadbytočný dusík organizmy vylučujú tromi spôsobmi[1] - vo forme:

  • amoniaku (čpavku) - vodné živočíchy - amoniak, ktorý je primárnym dusíkatým produktom pri odbúravaní aminokyselín, je neurotoxický a pre jeho účinné vylučovanie je potrebné veľké množstvo vody a relatívne pomalý metabolizmus.
  • močovina – cicavce – je minimálne toxická, pre jej vylučovanie je potrebný relatívne malý objem vody (v porovnaní s amoniakom)
  • kyseliny močovej – plazy, vtáky, hmyz – je vo vode málo rozpustná, pri jej vylučovaní dochádza k minimálnym stratám vody. Kyselina močová je i konečným produktom degradácie purínových nukleotidov niektorých živočíchov

  • močovina (urea)

  • kyselina močová

Vznik amoniaku pre močovinový cyklus

Aminokyseliny získané z potravy alebo degradáciou proteínov v bunke sú buď opätovne využívané k proteosyntéze proteínov alebo sú odbúravané za zisku energie. Prvým krokom pre ich odbúranie je deaminácia – odštiepenie aminoskupiny. Aminoskupina je premieňaná v procese transaminácie na oxoskupinu (keto skupinu) a aminokyseliny sú potom ďalej odštiepiteľné príslušnými biochemickými dráhami.

Transamináciou sa viacmenej amino skupina v skutočnosti neodstraňuje ale iba prenáša. K odstráneniu amino skupiny z molekuly potom slúži oxidačná deaminácia L-glutamátv (kyseline glutámovej), pri ktorej je aminoskupina oxidovaná na iminoskupinu, ktorá potom spontánne hydrolyzuje za vzniku amoniaku a hydroxylovej skupiny. Enzým, ktorý túto reakciu katalyzuje sa nazýva glutamátdehydrogenáza.

Priebeh močovinového cyklu

Amoniak, ktorý vznikol při oxidačnej deaminácii je viazaný v močovinovom cykle do močoviny, čím sa zabraňuje jeho toxickému pôsobeniu. Fixácia amoniaku je zahájená v mitochondriálnom matrixe. V cytoplazme se ku vznikajúcej močovine pridá dusík z aspartátu (kyseliny asparágovej) a dôjde k uvolneniu močoviny a regenerácii vstupných látok (ornitínu)

  • Miesto amoniaku vznikajúceho oxidačnou deamináciou glutamátu môže slúžiť ako zdroj dusíka pre syntézu karbamoylfosfátu taktiež glutamín.

Mitochondrie

mitochondrie
  • Amoniak je v mitochondriálnom matrixe fixovaný za spotreby dvoch molekúl ATP do zlúčeniny karbamoylfosfátu. Karbamoylfosfát je následne konjugovaný s ornitínom za vzniku citrulínu, ktorý je potom prenesený pomocou špecifického prenášača do cytoplazmy.
  • Amoniak vo vzniknutom karbamoylfosfáte je zdrojom jedného z dusíkov vo vznikajúcej močovine.

syntéza karbamoylfosfátu

Cytoplazma

  • Citrulín je po prenesení do cytoplazmy konjugovaný za spotreby 2 ekvivalentov ATP s aspartátom – zdrojom druhého dusíka vo vznikajúcej močovine – za vzniku argininosukcinátu.
  • Argininosukcinát je ďalej štiepený enzýmom argininosukcinázou (argininosukcinát lyázou) za vzniku aminokyselín arginín a fumarát (které sú ďalej v citrátovom cykle premenené na oxalacetát, ktorý je možné transamináciou premeniť späť na aspartát).
  • Vzniknutý arginín je enzýmom arginázou hydrolyticky rozštiepený na močovinu a ornitín. Ornitín je prenesený do mitochondriálneho matrixu a celý cyklus sa uzatvára.

Enzýmy močovinového cyklu

Zoznam enzýmov močovinového cyklu
názov skratka katalyzovaná reakcia lokalizácia v bunke
karbamoylfosfát syntétáza CPS1 NH4+ + HCO3-+2ATP → karbamoylfosfát + 2ADP+ Pi mitochondrie
ornitín transkarbamoyláza OTC karbamoylfosfát + ornitín → citrulín + Pi mitochondrie
argininosukcinát syntetáza ASS citrulín + aspartát + ATP → argininosukcinát + AMP + PPi cytoplazma
argininosukcináza (argininosukcinát lyáza ASL argininosukcinát → arginín a fumarát cytoplazma
argináza ARG1 arginín → močovina + ornitín cytoplazma

Regulácia močovinového cyklu

K požadovanej rýchlosti detoxikácie amoniaku je nutná normálna aktivita ureosyntetického cyklu. Počet aktívnych molekúl týchto enzýmov závisí na výžive. Při bezbielkovinovej strave klesá percento močoviny z celkového dusíka z moču pod 80%. Naproti tomu při bohatom prijíme proteínov je možné nájsť výrazné zmnoženie počtu enzymových molukúl. Paradoxne je možné sa s tým stretnúť aj při hladovení, pretože vtedy sa zvyšuje glukogenéza z aminokyselín. Taktiež podávanie glukokortikoidov, ktoré podporujú rozpad telesných proteínov, vedie k vyššiemu uvoľňovaniu amoniaku a vyššej tvorbe močoviny. Vylučovanie nadbytečného dusíka musí byť veľmi prísne kontrolované, pretože aj minimálny nárast koncentrácie amoniaku je pre organizmus veľkou záťažou. Kľúčovým bodom je aktivita enzýmu karbamoylfosfát syntetázy, která je aktivovaná N-acetylglutamátom. N-acetylglutamát je syntetizovaný v pečeni mitochondriách z L-glutamátu a Acetyl-CoA. Nárast koncentrácie glutamátu (ako odpoveď na zvýšenú degradáciu aminokyselín) vedie k nárastu koncentrácie N-acetylglutamátu. Tento regulačný systém je ešte posilnený pôsobením enzýmu glutaminázy, ktorý rozkladá L-glutamin na L-glutamát a amoniak, čo spôsobuje nárast koncentrácie glutamátu. Naviac je tento enzým aktivovaný svojím vlastným produktom - amoniakom (príklad pozitívnej spätnej väzby). Koncentrácia glutamínu je odrazom intenzity rozkladu aminokyselín (glutamín je vedľa glutamátu a aspartátu ďalšou aminokyselinou, ktorá je schopná vyväzovať amoniak).[2]

Rozklad močoviny

Pôsobením baktérií (resp. ich enzýmu ureázy), dochádza k rozkladu močoviny na amoniak a oxid uhličitý. Uvolnený amoniak spôsobuje charakteristický dráždivý zápach odstáteho moču. Amoniak môže byť použitý rastlinami aj baktériami na výstavbu aminokyselín alebo byť oxidovaný baktériami na molekulárny dusík (N2) (resp. dusičnany).

Zloženie močoviny

Objem a zloženie moču sú závislé na prijíme tekutín, diéte, telesnej hmostnosti, veku, fyzickej aktivite, teplote a vlhkosti prostredia. V našich podmienkach dospelý člověk vylúči cca 500-2000 ml moču o hustote 1,015-1,025 kg/ , osmomolalita sa pohybuje medzi 50-1300 mmol/kg vody. Voda tvorí 95% moču, ktorá je mierne kyslá, cca pH=5,5, při vyššom prijíme rastlinnej stravy stúpa pH k 7,0. Z organických látok vylúčených za 24 hod obsahuje 20-35 g urey, 0,3-1 g kyseliny močovej, 1 až 1,5 g kreatinínu, 0,15 g kyseliny hippurové, 0,05 až 0,10 g kreatínu, 1-3 g aminokyselín, menej než 0,15 g proteínov a do 0,2 g glukózy. Zanorganických látok 120-240 mmol , 100-150 mmol , 60 až 80 mmol , 30-60 , 10-40 mmol , 30-50 mmol , 4-11 mmol a 3-6 mmol .


Odkazy

Reference

  1. ↑ Postlethwalt JH,Hopson JL, "Modern Biology" (2006) Hort, Rinehart, Winston, ISBN 0-03-065178-6
  2. ↑ John T. Brosnan "Glutamate, at the Interface between Amino Acid and Carbohydrate Metabolism"J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):988S-90S.


Súvisiace články

Literatúra

  • Voet D., Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, ISBN 0-471-74268-6
  • Lodish at al, "Molecular cell biology" 5th edition, 2004, W.H. Freeman and Company, ISBN 0-7167-4366-3
  • Cerman J., Ledvina M., Stoklasová A., "Biochemie pro studující medicíny" I. Díl, kapitola 1-13, 2004, Nakladatelství Karolinum, Univerzita Karlova v Prahe, ISBN 80-246-0849-9
  • Matouš B., "Základy lékařské chemie a biochemie" první vydání, 2010, Galén, ISBN 978-80-7262-702-8

Externé odkazy

Kategórie: Oxokyseliny Metabolické dráhy

Citováno z „https://wiki.knihovna.cz/index.php?title=Močovinový_cyklus&oldid=34536“