Om ervoor te zorgen dat het menselijk lichaam normaal kan blijven leven, heeft het mechanismen ontwikkeld voor de eliminatie van giftige stoffen. Onder hen is ammoniak het eindproduct van het metabolisme van stikstofverbindingen, voornamelijk eiwitten. NH3 is giftig voor het lichaam en wordt, zoals elk gif, uitgescheiden via het excretiesysteem. Maar voordat ammoniak een reeks opeenvolgende reacties ondergaat, die de ornithinecyclus wordt genoemd.
Soorten stikstofmetabolisme
Niet alle dieren brengen ammoniak in het milieu. Alternatieve eindstoffen van het stikstofmetabolisme zijn urinezuur en ureum. Dienovereenkomstig worden drie soorten stikstofmetabolisme genoemd, afhankelijk van de vrijgekomen stof.
Ammoniotelic type. Het eindproduct hier is ammoniak. Het is een kleurloos gas dat oplosbaar is in water. Ammoniothelia is kenmerkend voor alle vissen die in zout water leven.
Ureotelisch type. Dieren die worden gekenmerkt door ureothelia geven ureum af aan de omgeving. Voorbeelden zijnzoetwatervissen, amfibieën en zoogdieren, inclusief mensen.
Uricotelic-type. Dit omvat die vertegenwoordigers van de dierenwereld, waarin de uiteindelijke metaboliet urinezuurkristallen zijn. Deze stof als product van het stikstofmetabolisme wordt aangetroffen bij vogels en reptielen.
In elk van deze gevallen is het de taak van het eindproduct van de stofwisseling om onnodige stikstof uit het lichaam te verwijderen. Als dit niet gebeurt, worden celbelasting en remming van belangrijke reacties waargenomen.
Wat is ureum?
Ureum is een amide van koolzuur. Het wordt gevormd uit ammoniak, kooldioxide, stikstof en aminogroepen van bepaalde stoffen tijdens de reacties van de ornithinecyclus. Ureum is een uitscheidingsproduct van ureotische dieren, inclusief mensen.
Ureum is een manier om overtollig stikstof uit het lichaam te verwijderen. De vorming van deze stof heeft namelijk een beschermende functie. ureumvoorloper - ammoniak, giftig voor menselijke cellen.
Bij het verwerken van 100 g eiwit van verschillende aard, wordt 20-25 g ureum uitgescheiden in de urine. De stof wordt gesynthetiseerd in de lever en komt dan met de bloedstroom in de nefron van de nier en wordt samen met de urine uitgescheiden.
De lever is het belangrijkste orgaan voor de synthese van ureum
In het hele menselijk lichaam is er niet zo'n cel waarin absoluut alle enzymen van de ornithinecyclus aanwezig zullen zijn. Behalve hepatocyten natuurlijk. De functie van levercellen is niet alleen om hemoglobine te synthetiseren en te vernietigen, maar ook om alle reacties van ureumsynthese uit te voeren.
OnderDe beschrijving van de ornithinecyclus past bij het feit dat het de enige manier is om stikstof uit het lichaam te verwijderen. Als in de praktijk de synthese of werking van de belangrijkste enzymen wordt geremd, stopt de synthese van ureum en sterft het lichaam door een teveel aan ammoniak in het bloed.
Ornithine cyclus. Biochemie van reacties
De ureumsynthesecyclus vindt plaats in verschillende fasen. Het algemene schema van de ornithinecyclus wordt hieronder weergegeven (afbeelding), dus we zullen elke reactie afzonderlijk analyseren. De eerste twee stadia vinden direct plaats in de mitochondriën van de levercellen.
NH3 reageert met koolstofdioxide met behulp van twee ATP-moleculen. Als gevolg van deze energieverslindende reactie wordt carbamoylfosfaat gevormd, dat een macro-erge binding bevat. Dit proces wordt gekatalyseerd door het enzym carbamoylfosfaatsynthetase.
Carbamoylfosfaat reageert met ornithine door het enzym ornithinecarbamoyltransferase. Als gevolg hiervan wordt de hoogenergetische binding vernietigd en wordt citrulline gevormd vanwege zijn energie.
De derde en volgende stadia vinden niet plaats in mitochondriën, maar in het cytoplasma van hepatocyten.
Er is een reactie tussen citrulline en aspartaat. Met de consumptie van 1 ATP-molecuul en onder invloed van het enzym arginine-succinaatsynthase wordt arginine-succinaat gevormd.
Arginino-succinaat, samen met het enzym arginino-succin-lyase, wordt afgebroken tot arginine en fumaraat.
Arginine wordt in aanwezigheid van water en onder invloed van arginase afgebroken tot ornithine (1 reactie) en ureum (eindproduct). De cyclus is voltooid.
Energie van de ureumsynthesecyclus
De ornithinecyclus is een energieverslindend proces waarbij macro-erge bindingen van adenosinetrifosfaat (ATP) moleculen worden verbruikt. Tijdens alle 5 reacties worden in totaal 3 ADP-moleculen gevormd. Daarnaast wordt energie besteed aan het transport van stoffen van de mitochondriën naar het cytoplasma en vice versa. Waar komt ATP vandaan?
Fumaraat, dat werd gevormd in de vierde reactie, kan worden gebruikt als substraat in de tricarbonzuurcyclus. Tijdens de synthese van malaat uit fumaraat komt NADPH vrij, wat resulteert in 3 ATP-moleculen.
Glutamaatdeamineringsreactie speelt ook een rol bij het leveren van energie aan levercellen. Tegelijkertijd komen er ook 3 ATP-moleculen vrij, die worden gebruikt voor de synthese van ureum.
Regulering van ornithinecyclusactiviteit
Normaal gesproken functioneert de cascade van ureumsynthesereacties op 60% van zijn mogelijke waarde. Met een verhoogd eiwitgeh alte in voedsel worden reacties versneld, wat leidt tot een toename van de algehele efficiëntie. Stofwisselingsstoornissen van de ornithinecyclus worden waargenomen tijdens hoge fysieke inspanning en langdurig vasten, wanneer het lichaam zijn eigen eiwitten begint af te breken.
De regulering van de ornithinecyclus kan ook op biochemisch niveau plaatsvinden. Hier is het doelwit het belangrijkste enzym carbamoylfosfaatsynthetase. De allosterische activator is N-acetyl-glutamaat. Met zijn hoge geh alte in het lichaam verlopen de ureumsynthesereacties normaal. Met een gebrek aan de stof zelf of zijnvoorlopers, glutamaat en acetyl-CoA, verliest de ornithinecyclus zijn functionele belasting.
Relatie tussen de ureumsynthesecyclus en de Krebs-cyclus
De reacties van beide processen vinden plaats in de mitochondriale matrix. Hierdoor kunnen sommige organische stoffen deelnemen aan twee biochemische processen.
CO2 en adenosinetrifosfaat, die gevormd worden in de citroenzuurcyclus, zijn voorlopers van carbamoylfosfaat. ATP is ook de belangrijkste energiebron.
De ornithinecyclus, waarvan de reacties plaatsvinden in leverhepatocyten, is een bron van fumaraat, een van de belangrijkste substraten in de Krebs-cyclus. Bovendien geeft deze stof, als resultaat van verschillende stapsgewijze reacties, aanleiding tot aspartaat, dat op zijn beurt wordt gebruikt bij de biosynthese van de ornithinecyclus. De fumaraatreactie is een bron van NADP, die kan worden gebruikt om ADP te fosforyleren tot ATP.
Biologische betekenis van de ornithinecyclus
De overgrote meerderheid van stikstof komt het lichaam binnen als onderdeel van eiwitten. Tijdens het metabolisme worden aminozuren vernietigd, ammoniak wordt gevormd als het eindproduct van metabolische processen. De ornithinecyclus bestaat uit meerdere opeenvolgende reacties met als belangrijkste taak het ontgiften van NH3 door het om te zetten in ureum. Ureum komt op zijn beurt het nefron van de nier binnen en wordt met de urine uit het lichaam uitgescheiden.
Bovendien is het bijproduct van de ornithinecyclus een bron van arginine, een van de essentiële aminozuren.
Overtredingen in de syntheseureum kan leiden tot een ziekte zoals hyperammoniëmie. Deze pathologie wordt gekenmerkt door een verhoogde concentratie van ammoniumionen NH4+ in menselijk bloed. Deze ionen hebben een nadelige invloed op de levensduur van het lichaam, waardoor sommige belangrijke processen worden uitgeschakeld of vertraagd. Het negeren van deze ziekte kan tot de dood leiden.
