Ureasyklusstadier, enzymer, funksjon, regulering

Han Ureasyklus, Også kjent som ornitinsyklusen, er det en metabolsk prosess som ammonium (NH4+), produsert under katabolismen av aminosyrer, blir transformert til et produkt av utskillelse og eliminert fra kroppen ved urin i form av urea.

Mennesker, så vel som mange andre landdyr, bruker en del av energien de har for å katabolisere aminosyrer, det vil si for å fornedre dem i mindre "deler" og få fra disse mer energi eller molekyler for "konstruksjonen" av nye forbindelser brukbar av cellene deres.

Generelt kommer de viktigste underlagene for dette formålet fra resirkulering av celleproteiner som blir nedbrutt, fra tarmnedbrytning av proteiner inntatt med mat og metabolisme av kroppsproteiner, produkt av faste eller en viss patologisk tilstand.

Det første trinnet for nedbrytning av en aminosyre består av "separasjonen" av aminogruppene fra resten av karbonskjelettet, og i mange tilfeller blir disse aminogruppene overført til et molekyl av a-zetoglutarat for å danne glutamat gjennom en reaksjon av transaminering.

Hos pattedyr transporteres glutamat til mitokondriene i leverceller, hvor et enzym kalt glutamatdehydrogenase frigjør aminogrupper fra tidligere transamineringsreaksjoner i form av ammoniumioner (NH4+).

Ion Ammonium (Kilde: Roland Mattern / Public Domain, via Wikimedia Commons)

I noen stoffer dannes ikke glutamat, men aminogruppene blir transportert som glutamingruppe eller som en aminogruppe av alanin, hvis "hjertesorg" -produkter oppfyller forskjellige energiformål.

Ammoniumioner kan brukes til syntese av nye aminosyrer eller andre nitrogenforbindelser eller kan skilles ut fra kroppen på forskjellige måter.

I henhold til måten de eliminerer de nevnte aminogruppene, kan dyr klassifiseres som:

- Ammonialicos: de som skiller dem direkte ut som ammoniakk (generelt vannlevende arter)

- Ureotelic: De som skiller dem ut som urea (Mange landdyr)

- Urikotelisk: De som skiller dem ut i form av urinsyre (Fugler og krypdyr)

Ureasyklusen er da den som ble utført.

[TOC]

Enzymer involvert i ureasyklusen

Enzymene som deltar i "fiksering" av ammonium i urea er følgende:

- Karbamoil syntetase fosfat i, som deltar i syntesen av karbamoilfosfat fra bikarbonat og ammoniumioner.

- Transcarbamilase ornitin, som katalyserer overføringen av karbamoilgruppen fra karbamoilfosfat til ornitin, og danner citrulin.

- Argininosuccination syntetase, som katalyserer kondensasjonen av citrulin med et aspartatmolekyl, og danner argininosukcinasjon

Kan tjene deg: Lamarck Theory About Evolution: Origin, Postulates, Eksempler

- Argininosuccination liasa eller argininosuccinase, viktig for "kuttet" av argininosukcinasjon i arginin og fumarat.

- Arginase, I stand til å konvertere arginin til urea og ornitin.

Ureasyklusstadier

Ureasyklus

Ureasyklusen, oppdaget av Hans Krebs og Kurt Henseleit i 1932, forekommer i leverceller, siden leveren er det organet som alle formaner som produseres i de forskjellige kroppsvevene produsert i de forskjellige kroppsvevene er "kanalisert".

Etter at urea er produsert fra ammonium, blir dette transportert av blodomløpet til nyrene, hvor det blir utvist sammen med urinen som avfallsmateriale.

Syklusen består av 5 enzymatiske trinn, hvorav to oppstår i mitokondriene i levercellene og 3 som ender i cytosol.

Illustrasjon av en mitokondrier

Første trinn: byggtrinn

Det første som skal skje slik at ureasyklusen kan begynne er transporten av kjærlighetsionene til leveren og mot mitokondriell matrise av hepatocyttene.

Ammoniumioner kan stamme fra "transportør" -molekyler som glutamat.

Uansett hvilken kilde, blir ammoniumionene som produseres i mitokondriene i hepatocyttene raskt omdannet til karbamoilfosfat til en ATP-avhengig reaksjon, når de konjugerer med bikarbonationionene (HCO3-) produsert under mitokondriell bikarbonationion.

Denne reaksjonen (bygg eller aktiveringsreaksjon) blir katalysert av karbamoilenzymet syntetase I og krever forbruk av 2 ATP -molekyler, som følger:

Ammoniumioner (NH4 +) + bikarbonationer (HCO3-) + 2ATP → Karbamoil fosfat + 2ADP + PI

Andre trinn: Introduksjon av det første nitrogenatom

Karbamoilfosfatfunksjoner som en donorkarbamoil aktivert og deltar i den andre reaksjonen av ureasyklusen, som består av "donasjonen" eller "levering" av karbamoilgruppen deres til ornitin (C5H12N2O2), som oppstår en ny forbindelse kalt sitrulin (C6H13N3O33O33o3 ).

(1) Ornitin + karbamoilfosfat → Citrulin + PI

Denne reaksjonen katalyseres av transcarbamilase ornitinenzym, et molekyl av uorganisk fosfat og det resulterende produktet, sitrulin, blir "sendt" fra mitokondriell matrise til cytosol.

Citrulin er ofte indikert i vitenskapelige tekster som karbamoil -ornitin, for å understreke det faktum at det er ornitin (en type dibasisk aminosyre) molekylet i hvis grunnleggende struktur nitrogenatomer som er eliminert gjennom ureasyklusen.

Tredje trinn: Introduksjon av det andre nitrogenatom

Et annet nitrogenatom kommer inn i ureasyklusen fra aspartatet, som genereres i mitokondriene ved transaminering og blir transportert til det cytoplasmatiske rommet. Reaksjonen blir takket være kondensen mellom A -aminogruppen til aspartatet og karbonylgruppen til citrulin.

Kan tjene deg: Flora og fauna av strømmer: mer representative arter

I dette trinnet dannes det, i cytosol, argininosukcinasjon, og reaksjonen blir katalysert av enzymet argininosukcinasjonssyntetase. I denne prosessen brukes et annet ATP-molekyl, og det skjer gjennom en mellomledd kjent som citrulil-sup.

(2a) Citrulin + ATP → Citrulil-Samp + PPI (pyrofosfat)

(2B) Citrulil-Samp + Aspartate → Argininosuccination + Amp

(3) Argininosukcinasjon → Fumarat + Arginine

I noen tekster er disse reaksjonstrinnene kjent som 2A og 2B, og den tredje reaksjonen er faktisk den reversible reaksjonen som argininosukcinasjon kuttes for å frigjøre fritt arginin og fumarat, også kjent som argininosuccation liasa.

Fumarat kan komme inn i mitokondriene og være en del av Krebs -syklusen, mens arginin fortsetter i ureasyklusen.

Fjerde trinn: Urea -produksjon

Argininet produsert i cytosolen, da vi nettopp har diskutert tjener som et underlag for enzymet som katalyserer den siste reaksjonen av ureasyklusen: arginase. Dette enzymet er ansvarlig for "kuttet" arginin og produserer med urea og ornitin.

- Destinasjoner av begge produktene

Den "regenererte" ornitinet transporteres fra cytosol til mitokondriene, hvor den kan delta igjen i en annen runde av syklusen.

Urea blir derimot transportert til nyrene ved blodomløpet og blir kastet med urin.

Funksjon

Ureasyklusen tillater effektiv eliminering av ammoniumioner, hvis akkumulering potensielt er giftig for praktisk talt alle terrestriske dyr.

Mengden nitrogenatomer som elimineres gjennom denne metabolske ruten avhenger imidlertid av forskjellige forhold:

- Et protein -rik kosthold, for eksempel, innebærer forbruk av aminosyrer som energibrensel, så det fører til større ureaproduksjon fra overskudds aminogrupper.

- Langvarig faste, som før eller senere aktiverer nedbrytningen av muskelproteiner for å oppnå energi, også resultater.

Regulering

De forskjellige variasjonene i aktiviteten til ureasyklusen kan gis takket være reguleringen av syntesehastighetene til de fire enzymene i syklusen og karbamoilsyntetisk fosfat I i hepatocyttene, som virker i den første reaksjonen av aktivering.

Hos dyr som er raskt for lengre tider, eller hos de som har proteinrike dietter, syntetiseres de 5 enzymer som er involvert i ruten med relativt høye hastigheter, sammenlignet med dyr som har variert dietter og som inntak av karbohydrater og fett.

Kan tjene deg: Flora og Fauna av Tamaulipas: Mer representative arter

Til tross for de ovennevnte, er disse enzymene også regulert alostérisk, for eksempel er karbamoilfosfatsyntetase I alestérisk aktivert av n-acetylglutamat, som produseres fra acetyl-CoA og glutamat av enzym n-acetylglutamat syntase, hvis aktivitet er merrylig, hvis aktivitet er sin aktivitet. regulering.

Syntesenivåene til dette siste enzymet avhenger av mengden acetyl-CoA, glutamat og arginin (dets aktivator), så disse molekylene deltar indirekte i aktiveringen av det første trinnet i ureasyklusen.

Ureasyklusforstyrrelser

Det er beskrevet mange lidelser eller lidelser i ureasyklusen, noe som har å gjøre med genetiske defekter relatert til enzymene som katalyserer de forskjellige reaksjonstrinnene og som er ansvarlige for utviklingen av kjente forhold sammen som hyperamonemier.

Pasienter som lider av disse lidelsene dekker et bredt spekter av aldre, men noen utvikler symptomer i den nyfødte perioden, i løpet av barndommen og puberteten.

Den kliniske diagnosen av disse patologiske forholdene gjøres hovedsakelig ved å måle ammoniumkonsentrasjon i blodplasma, og generelt innebærer dens akkumulering utvikling av encefalopatier, hvorav noen kan være dødelige eller produsere ødeleggende nevrologiske følger.

Den vanligste lidelsen er mangelen på transcarbamilase -enzymet, som har et arvelig mønster knyttet til X -kromosomet, mens sykdommene relatert til de andre enzymer er autosomale recessive sykdommer, og det er minst mangelen i arginase -enzymet.

Lidelser i den nyfødte perioden

Babyer med mangler i de første 4 enzymer av ruten blir født som "normale" babyer, men om noen dager utvikler de symptomene på en encefalopati produsert ved overflødig ammoniumkonsentrasjon. Symptomene er slapphet, sult og spiser til slutt.

Når encefalopati ikke blir behandlet, kan ødem utvikles, noe som kan ende med behovet for kunstige åndedrettsvern.

Sene lidelser

Tilfellet med pasienter som har delvis mangler i enzymene i ureasyklusen kan oppstå, så symptomene kan vises i barndom, pubertet eller voksen alder.

Blant de vanligste symptomene er "uforklarlige komma" og encefalopatier hvis opprinnelse er bekreftet gjennom kvantifisering av blod ammonium.

Referanser

1. Brody, t. (1998). Ernæringsbiokjemi. Elsevier.
2. BURTON, f. K. (2000). Ureasyklusforstyrrelser. Klinikker i leversykdom, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, w. OG. (1986). Pattedyrs ureasyklus enzymer. Årlig gjennomgang av genetikk, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. V. (2006). Lidelser i ureasyklusen og relaterte enzymer. Medfødte metabolske desoner (PP. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Lehninger prinsipper for biokjemi. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Forstyrrelser av aminosyremetabolisme. I grunnleggende nevrokjemi (PP. 737-754). Akademisk presse.