Siekdamas, kad žmogaus organizmas išlaikytų normalų gyvenimą, jis sukūrė toksinių medžiagų šalinimo mechanizmus. Tarp jų amoniakas yra galutinis azoto junginių, pirmiausia b altymų, metabolizmo produktas. NH3 yra toksiškas organizmui ir, kaip ir bet kuris nuodas, išsiskiria per šalinimo sistemą. Tačiau prieš tai, kai amoniakas patiria eilę nuoseklių reakcijų, kurios vadinamos ornitino ciklu.
Azoto apykaitos tipai
Ne visi gyvūnai į aplinką išskiria amoniaką. Alternatyvios galutinės azoto metabolizmo medžiagos yra šlapimo rūgštis ir karbamidas. Atitinkamai, priklausomai nuo išsiskiriančios medžiagos, vadinami trys azoto metabolizmo tipai.
Amoniotelinis tipas. Galutinis produktas čia yra amoniakas. Tai bespalvės dujos, tirpios vandenyje. Amoniotelija būdinga visoms sūriame vandenyje gyvenančioms žuvims.
Ureotelinis tipas. Gyvūnai, kuriems būdinga ureotelija, išskiria karbamidą į aplinką. Pavyzdžiai yragėlavandenės žuvys, varliagyviai ir žinduoliai, įskaitant žmones.
Urikotelinis tipas. Tai apima tuos gyvūnų pasaulio atstovus, kuriuose galutinis metabolitas yra šlapimo rūgšties kristalai. Ši medžiaga, kaip azoto apykaitos produktas, randama paukščių ir roplių organizme.
Bet kuriuo iš šių atvejų galutinio metabolizmo produkto uždavinys yra pašalinti iš organizmo nereikalingą azotą. Jei taip neatsitiks, stebimas ląstelių apmokestinimas ir svarbių reakcijų slopinimas.
Kas yra karbamidas?
Karbamidas yra anglies rūgšties amidas. Jis susidaro iš amoniako, anglies dioksido, azoto ir tam tikrų medžiagų amino grupių vykstant ornitino ciklo reakcijoms. Karbamidas yra ureotelinių gyvūnų, įskaitant žmones, išsiskiriantis produktas.
Karbamidas yra vienas iš būdų pašalinti azoto perteklių iš organizmo. Šios medžiagos susidarymas atlieka apsauginę funkciją, nes. karbamido pirmtakas – amoniakas, toksiškas žmogaus ląstelėms.
Apdorojant 100 g įvairaus pobūdžio b altymų, su šlapimu išsiskiria 20-25 g karbamido. Medžiaga sintetinama kepenyse, o tada su kraujotaka patenka į inksto nefroną ir išsiskiria kartu su šlapimu.
Kepenys yra pagrindinis karbamido sintezės organas
Visame žmogaus kūne nėra tokios ląstelės, kurioje būtų absoliučiai visi ornitino ciklo fermentai. Žinoma, išskyrus hepatocitus. Kepenų ląstelių funkcija yra ne tik sintetinti ir sunaikinti hemoglobiną, bet ir vykdyti visas karbamido sintezės reakcijas.
PagalOrnitino ciklo aprašymas atitinka faktą, kad tai vienintelis būdas pašalinti azotą iš organizmo. Jei praktiškai yra slopinama pagrindinių fermentų sintezė ar veikimas, karbamido sintezė sustos, o organizmas mirs nuo amoniako pertekliaus kraujyje.
Ornitino ciklas. Reakcijų biochemija
Karbamido sintezės ciklas vyksta keliais etapais. Bendra ornitino ciklo schema pateikta žemiau (pav.), todėl kiekvieną reakciją analizuosime atskirai. Pirmieji du etapai vyksta tiesiogiai kepenų ląstelių mitochondrijose.
NH3 reaguoja su anglies dioksidu, naudodamas dvi ATP molekules. Dėl šios daug energijos suvartojančios reakcijos susidaro karbamoilo fosfatas, kuriame yra makroerginis ryšys. Šį procesą katalizuoja fermentas karbamoilfosfato sintetazė.
Karbamoilo fosfatas reaguoja su ornitinu per fermentą ornitino karbamoiltransferazę. Dėl to didelės energijos ryšys sunaikinamas, o dėl jo energijos susidaro citrulinas.
Trečioji ir vėlesnės stadijos vyksta ne mitochondrijose, o hepatocitų citoplazmoje.
Yra reakcija tarp citrulino ir aspartato. Suvartojus 1 ATP molekulę ir veikiant fermentui arginino-sukcinato sintazė, susidaro arginino-sukcinatas.
Arginino sukcinatas kartu su fermentu arginino sukcino liazė skyla iki arginino ir fumarato.
Argininas, esant vandeniui ir veikiant arginazei, suskaidomas į ornitiną (1 reakcija) ir karbamidą (galutinį produktą). Ciklas baigtas.
Karbamido sintezės ciklo energija
Ornitino ciklas yra daug energijos reikalaujantis procesas, kurio metu sunaudojamos adenozino trifosfato (ATP) molekulių makroerginės jungtys. Per visas 5 reakcijas iš viso susidaro 3 ADP molekulės. Be to, energija išleidžiama medžiagoms pernešti iš mitochondrijų į citoplazmą ir atvirkščiai. Iš kur atsiranda ATP?
Fumaratas, susidaręs ketvirtoje reakcijoje, gali būti naudojamas kaip substratas trikarboksirūgšties cikle. Sintezuojant malatą iš fumarato, išsiskiria NADPH, dėl kurio susidaro 3 ATP molekulės.
Glutamato deamininimo reakcija taip pat atlieka svarbų vaidmenį aprūpinant kepenų ląsteles energija. Tuo pačiu metu taip pat išsiskiria 3 ATP molekulės, kurios naudojamos karbamido sintezei.
Ornitino ciklo veiklos reguliavimas
Paprastai karbamido sintezės reakcijų kaskada veikia 60 % galimos vertės. Padidėjus b altymų kiekiui maiste, pagreitėja reakcijos, o tai padidina bendrą efektyvumą. Ornitino ciklo medžiagų apykaitos sutrikimai stebimi esant dideliam fiziniam krūviui ir ilgai nevalgius, kai organizmas pradeda skaidyti savo b altymus.
Ornitino ciklas gali reguliuotis ir biocheminiu lygmeniu. Čia taikinys yra pagrindinis fermentas karbamoilfosfato sintetazė. Jo allosterinis aktyvatorius yra N-acetilglutamatas. Su dideliu kiekiu organizme karbamido sintezės reakcijos vyksta normaliai. Su pačios ar jos medžiagos trūkumupirmtakų, glutamato ir acetil-CoA, ornitino ciklas praranda savo funkcinę apkrovą.
Ryšys tarp karbamido sintezės ciklo ir Krebso ciklo
Abu procesų reakcijos vyksta mitochondrijų matricoje. Dėl to kai kurios organinės medžiagos gali dalyvauti dviejuose biocheminiuose procesuose.
CO2 ir adenozino trifosfatas, kurie susidaro citrinų rūgšties cikle, yra karbamoilo fosfato pirmtakai. ATP taip pat yra svarbiausias energijos š altinis.
Ornitino ciklas, kurio reakcijos vyksta kepenų hepatocituose, yra fumarato, vieno iš svarbiausių Krebso ciklo substratų, š altinis. Be to, ši medžiaga dėl kelių laipsniškų reakcijų sukelia aspartatą, kuris savo ruožtu naudojamas ornitino ciklo biosintezėje. Fumarato reakcija yra NADP š altinis, kuris gali būti naudojamas ADP fosforilinti į ATP.
Biologinė ornitino ciklo reikšmė
Didžioji dauguma azoto patenka į organizmą kaip b altymų dalis. Metabolizmo procese aminorūgštys sunaikinamos, susidaro amoniakas kaip galutinis medžiagų apykaitos procesų produktas. Ornitino ciklas susideda iš kelių nuoseklių reakcijų, kurių pagrindinė užduotis yra detoksikuoti NH3, paverčiant jį karbamidu. Karbamidas, savo ruožtu, patenka į inksto nefroną ir pašalinamas iš organizmo su šlapimu.
Be to, šalutinis ornitino ciklo produktas yra arginino, vienos iš esminių aminorūgščių, š altinis.
Sintezės pažeidimaikarbamidas gali sukelti tokią ligą kaip hiperamonemija. Šiai patologijai būdinga padidėjusi amonio jonų koncentracija NH4+ žmogaus kraujyje. Šie jonai neigiamai veikia organizmo gyvenimą, išjungia arba sulėtina kai kuriuos svarbius procesus. Šios ligos ignoravimas gali baigtis mirtimi.
