Selleks, et inimkeha saaks normaalselt elada, on ta välja töötanud mehhanismid mürgiste ainete kõrvaldamiseks. Nende hulgas on ammoniaak lämmastikuühendite, peamiselt valkude metabolismi lõpp-produkt. NH3 on organismile mürgine ja nagu iga mürk, eritub väljaheitesüsteemi kaudu. Kuid enne, kui ammoniaak läbib rea järjestikuseid reaktsioone, mida nimetatakse ornitiini tsükliks.
Lämmastiku metabolismi tüübid
Kõik loomad ei eralda ammoniaaki keskkonda. Alternatiivsed lämmastiku metabolismi lõppained on kusihape ja uurea. Vastav alt sellele kutsutakse sõltuv alt vabanevast ainest kolme tüüpi lämmastiku metabolismi.
Ammoniotiline tüüp. Siin on lõpptooteks ammoniaak. See on vees lahustuv värvitu gaas. Ammonioteeli on iseloomulik kõigile soolases vees elavatele kaladele.
Ureoteelne tüüp. Loomad, keda iseloomustab ureoteelia, eraldavad karbamiidi keskkonda. Näited onmageveekalad, kahepaiksed ja imetajad, sealhulgas inimesed.
Urikoteeline tüüp. See hõlmab neid loomamaailma esindajaid, kelle lõplikuks metaboliidiks on kusihappekristallid. Seda ainet kui lämmastiku metabolismi saadust leidub lindudel ja roomajatel.
Kõigil neil juhtudel on ainevahetuse lõpp-produkti ülesandeks organismist tarbetu lämmastiku eemaldamine. Kui seda ei juhtu, täheldatakse rakkude maksustamist ja oluliste reaktsioonide pärssimist.
Mis on uurea?
Uurea on süsihappe amiid. See moodustub ornitiinitsükli reaktsioonide käigus teatud ainete ammoniaagist, süsinikdioksiidist, lämmastikust ja aminorühmadest. Karbamiid on ureoteetiliste loomade, sealhulgas inimeste, eritusprodukt.
Uurea on üks viis liigse lämmastiku väljutamiseks organismist. Selle aine moodustumisel on kaitsefunktsioon, kuna. uurea prekursor – ammoniaak, mürgine inimese rakkudele.
100 g erineva iseloomuga valgu töötlemisel eritub uriiniga 20-25 g uureat. Aine sünteesitakse maksas ja seejärel siseneb see koos verevooluga neeru nefroni ja eritub koos uriiniga.
Maks on uurea sünteesi peamine organ
Terve inimkehas ei ole sellist rakku, milles oleksid olemas absoluutselt kõik ornitiinitsükli ensüümid. Välja arvatud muidugi hepatotsüüdid. Maksarakkude ülesanne ei ole ainult hemoglobiini sünteesimine ja hävitamine, vaid ka kõigi uurea sünteesi reaktsioonide läbiviimine.
AllaOrnitiiniringe kirjeldus sobib sellega, et see on ainus viis lämmastiku eemaldamiseks kehast. Kui praktikas on peamiste ensüümide süntees või toime pärsitud, lakkab uurea süntees ja keha sureb liigse ammoniaagi tõttu veres.
Ornitiinitsükkel. Reaktsioonide biokeemia
Uurea sünteesitsükkel toimub mitmes etapis. Ornitiini tsükli üldine skeem on toodud allpool (pilt), seega analüüsime iga reaktsiooni eraldi. Esimesed kaks etappi toimuvad otse maksarakkude mitokondrites.
NH3 reageerib süsinikdioksiidiga, kasutades kahte ATP molekuli. Selle energiakuluka reaktsiooni tulemusena moodustub karbamoüülfosfaat, mis sisaldab makroergilist sidet. Seda protsessi katalüüsib ensüüm karbamoüülfosfaadi süntetaas.
Karbamoüülfosfaat reageerib ornitiiniga ensüümi ornitiinkarbamoüültransferaasi toimel. Selle tulemusena hävib kõrge energiaga side ja selle energia tõttu moodustub tsitrulliin.
Kolmas ja järgnevad etapid ei toimu mitokondrites, vaid hepatotsüütide tsütoplasmas.
Tsitrulliini ja aspartaadi vahel toimub reaktsioon. 1 ATP molekuli tarbimisel ja ensüümi arginiinsuktsinaadi süntaasi toimel tekib arginiinsuktsinaat.
Argininosuktsinaat koos ensüümi argininosuktsiin-lüaasiga laguneb arginiiniks ja fumaraadiks.
Arginiin laguneb vee juuresolekul ja arginaasi toimel ornitiiniks (1 reaktsioon) ja uureaks (lõppsaadus). Tsükkel on lõppenud.
Uurea sünteesitsükli energia
Ornitiinitsükkel on energiat tarbiv protsess, mille käigus kuluvad ära adenosiintrifosfaadi (ATP) molekulide makroergilised sidemed. Kõigi 5 reaktsiooni käigus moodustub kokku 3 ADP molekuli. Lisaks kulub energiat ainete transportimiseks mitokondritest tsütoplasmasse ja vastupidi. Kust ATP tuleb?
Fumaraati, mis tekkis neljandas reaktsioonis, saab kasutada trikarboksüülhappe tsükli substraadina. Malaadi sünteesil fumaraadist vabaneb NADPH, mille tulemuseks on 3 ATP molekuli.
Glutamaadi deaminatsioonireaktsioon mängib rolli ka maksarakkude energiaga varustamisel. Samal ajal vabaneb ka 3 ATP molekuli, mida kasutatakse uurea sünteesiks.
Ornitiinitsükli aktiivsuse reguleerimine
Tavaliselt toimib uurea sünteesireaktsioonide kaskaad 60% ulatuses selle võimalikust väärtusest. Suurenenud valgusisaldusega toidus kiirenevad reaktsioonid, mis toob kaasa üldise efektiivsuse tõusu. Ornitiini tsükli metaboolseid häireid täheldatakse suure füüsilise koormuse ja pikaajalise paastumise ajal, kui keha hakkab oma valke lagundama.
Ornitiini tsükli reguleerimine võib toimuda ka biokeemilisel tasandil. Siin on sihtmärgiks peamine ensüüm karbamoüülfosfaadi süntetaas. Selle allosteeriline aktivaator on N-atsetüülglutamaat. Selle suure sisalduse tõttu kehas kulgevad uurea sünteesireaktsioonid normaalselt. Aine enda või selle puudumisegaprekursorid, glutamaat ja atsetüül-CoA, kaotab ornitiinitsükkel oma funktsionaalse koormuse.
Uurea sünteesitsükli ja Krebsi tsükli vaheline seos
Mõlema protsessi reaktsioonid toimuvad mitokondriaalses maatriksis. See võimaldab mõnel orgaanilisel ainel osaleda kahes biokeemilises protsessis.
CO2 ja adenosiintrifosfaat, mis tekivad sidrunhappe tsüklis, on karbamoüülfosfaadi eelkäijad. ATP on ka kõige olulisem energiaallikas.
Ornitiini tsükkel, mille reaktsioonid toimuvad maksa hepatotsüütides, on fumaraadi allikas, mis on Krebsi tsükli üks olulisemaid substraate. Veelgi enam, see aine tekitab mitme astmelise reaktsiooni tulemusena aspartaadi, mida omakorda kasutatakse ornitiini tsükli biosünteesis. Fumaraadi reaktsioon on NADP allikas, mida saab kasutada ADP fosforüülimiseks ATP-ks.
Ornitiini tsükli bioloogiline tähendus
Valdav enamus lämmastikust siseneb kehasse valkude osana. Ainevahetuse käigus aminohapped hävivad, ainevahetusprotsesside lõpp-produktina tekib ammoniaak. Ornitiini tsükkel koosneb mitmest järjestikusest reaktsioonist, mille põhiülesanne on NH3 detoksifitseerimine, muutes selle uureaks. Karbamiid siseneb omakorda neeru nefroni ja eritub organismist koos uriiniga.
Lisaks on ornitiinitsükli kõrvalsaadus arginiini, ühe asendamatu aminohappe allikas.
Rikkumised sünteesisuurea võib põhjustada sellist haigust nagu hüperammoneemia. Seda patoloogiat iseloomustab ammooniumioonide NH4+ suurenenud kontsentratsioon inimveres. Need ioonid mõjutavad negatiivselt keha eluiga, lülitades välja või aeglustades mõningaid olulisi protsesse. Selle haiguse ignoreerimine võib lõppeda surmaga.
