Tahap kitaran urea, enzim, fungsi, peraturan

Dia Kitaran urea, Juga dikenali sebagai kitaran ornithine, ia adalah proses metabolik di mana ammonium (NH4+), yang dihasilkan semasa katabolisme asid amino, diubah menjadi produk perkumuhan dan dihapuskan dari badan oleh air kencing dalam bentuk urea.

Manusia, serta banyak haiwan darat yang lain, menggunakan sebahagian daripada tenaga yang mereka perlu membubarkan asid amino, iaitu, untuk merendahkannya dalam "bahagian" yang lebih kecil dan mendapatkan lebih banyak tenaga atau molekul untuk "pembinaan" sebatian baru boleh digunakan oleh sel mereka.

Umumnya, substrat utama untuk tujuan ini datang dari kitar semula protein sel yang terdegrad.

Langkah pertama untuk kemerosotan asid amino terdiri daripada "pemisahan" kumpulan amino dari seluruh kerangka karbon dan, dalam banyak kes, kumpulan amino ini dipindahkan ke molekul α-zetoglutarate untuk membentuk glutamat melalui a tindak balas transaminasi.

Dalam mamalia, glutamat diangkut ke mitokondria sel -sel hati, di mana enzim yang dipanggil glutamat dehidrogenase melepaskan kumpulan amino dari tindak balas transaminasi sebelumnya dalam bentuk ion ammonium (NH4+).

Ion Ammonium (Sumber: Roland Mattern / Domain Awam, melalui Wikimedia Commons)

Dalam beberapa kain, glutamat tidak terbentuk, tetapi kumpulan amino diangkut sebagai kumpulan glutamin atau sebagai kumpulan amino alanine, yang produk "patah hati" memenuhi pelbagai tujuan tenaga.

Ion ammonium boleh digunakan untuk sintesis asid amino baru atau sebatian nitrogen lain atau boleh dikeluarkan dari badan dengan cara yang berbeza.

Mengikut cara mereka menghapuskan kumpulan amino yang disebutkan di atas, haiwan boleh diklasifikasikan sebagai:

- Ammonialicos: mereka yang mengeluarkannya secara langsung Ammonia (Secara umumnya spesies akuatik)

- Ureotelic: mereka yang mengeluarkannya sebagai urea (Banyak haiwan darat)

- Uricotelic: Mereka yang mengeluarkannya dalam bentuk asid urik (Burung dan reptilia)

Oleh itu, kitaran urea adalah yang dijalankan.

[TOC]

Enzim yang terlibat dalam kitaran urea

Enzim -enzim yang mengambil bahagian dalam "penetapan" ammonium dalam urea adalah seperti berikut:

- Carbamoil synthetase fosfat i, yang mengambil bahagian dalam sintesis fosfat carbamoil dari ion bikarbonat dan ammonium.

- Transcarbamilase ornithine, yang memangkinkan pemindahan kumpulan carbamoil dari fosfat carbamoil ke ornithine, membentuk citrulin.

- Argininosuccination Synthetase, yang memangkinkan pemeluwapan citrulin dengan molekul aspartat, membentuk argininosuccination

Boleh melayani anda: teori lamarck mengenai evolusi: asal, postulates, contoh

- Argininosuccination liasa atau argininosuccinase, penting untuk "potong" argininosuccination dalam arginine dan fumarate.

- Arginase, Dapat menukar arginin menjadi urea dan ornitine.

Tahap kitaran urea

Kitaran urea

Kitaran urea, yang ditemui oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleit pada tahun 1932, berlaku di sel -sel hati, kerana hati adalah organ ke arah mana semua ion peringatan yang dihasilkan dalam tisu badan yang berbeza yang dihasilkan dalam tisu badan yang berlainan adalah "disalurkan".

Selepas urea dihasilkan dari ammonium, ini diangkut oleh aliran darah ke buah pinggang, di mana ia diusir bersama dengan air kencing sebagai bahan sisa.

Kitaran terdiri daripada 5 langkah enzimatik, dua daripadanya berlaku di mitokondria sel hati dan 3 yang berakhir di sitosol.

Ilustrasi mitokondria

Peringkat Pertama: Langkah Barley

Perkara pertama yang harus berlaku supaya kitaran urea dapat bermula adalah pengangkutan ion cinta ke hati dan ke arah matriks mitokondria dari hepatosit.

Ion ammonium boleh diperolehi daripada molekul "penghantar" seperti glutamat.

Walau bagaimanapun, apa-apa sumber, ion ammonium yang dihasilkan dalam mitokondria hepatosit dengan cepat diubah menjadi fosfat carbamoil menjadi tindak balas yang bergantung kepada ATP, apabila konjugasi dengan ion bikarbonat (HCO3-).

Reaksi ini (barli atau tindak balas pengaktifan) dipangkin oleh enzim carbamoil synthetase I dan memerlukan penggunaan 2 molekul ATP, seperti berikut:

Ion ammonium (NH4 +) + ion bikarbonat (HCO3-) + 2ATP → Carbamoil fosfat + 2ADP + PI

Peringkat Kedua: Pengenalan Atom Nitrogen Pertama

Fosfat fosfat carbamoil sebagai carbamoil penderma diaktifkan dan mengambil bahagian dalam reaksi kedua kitaran urea, yang terdiri daripada "sumbangan" atau "penghantaran" kumpulan carbamoil mereka ke ornithine (C5H12N2O2), yang berlaku sebatian baru yang disebut citrulin (C6H13N3O3 ).

(1) ornithine + fosfat carbamoil → citrulin + pi

Tindak balas ini dikatalisis oleh enzim ornithine transcarbamilase, molekul fosfat bukan organik dan produk yang dihasilkan, citrulin, "dihantar" dari matriks mitokondria ke sitosol.

Citrulin sering ditunjukkan dalam teks saintifik seperti carbamoil -ornitine, untuk menekankan fakta bahawa ia adalah ornithine (sejenis asid amino dibasic) molekul di mana struktur asasnya atom nitrogen yang dihapuskan melalui kitaran urea.

Peringkat Ketiga: Pengenalan Atom Nitrogen Kedua

Atom nitrogen kedua memasuki kitaran urea dari aspartat, yang dihasilkan dalam mitokondria dengan transaminasi dan diangkut ke ruang sitoplasma. Reaksi diberikan terima kasih kepada pemeluwapan antara kumpulan amino aspartat dan kumpulan karbonil citrulin.

Boleh melayani anda: Flora dan Fauna Arus: Lebih banyak spesies wakil

Dalam langkah ini ia terbentuk, dalam sitosol, argininosuccination, dan reaksi dipangkin oleh enzim argininosuccination synthetase. Dalam proses ini molekul ATP lain digunakan dan ia berlaku melalui perantara yang dikenali sebagai Citrulil-Samp.

(2A) Citrulin + ATP → Citrulil-SAMP + PPI (Pyrophosphate)

(2b) citrulil-samp + aspartate → argininosuccination + amp

(3) Argininosuccination → fumarate + arginine

Dalam sesetengah teks, langkah -langkah tindak balas ini dikenali sebagai 2a dan 2b, dan tindak balas ketiga, sebenarnya, tindak balas yang boleh diterbalik.

Fumarate boleh memasuki mitokondria dan menjadi sebahagian daripada kitaran Krebs, sementara arginine berterusan dalam kitaran urea.

Peringkat Keempat: Pengeluaran urea

Arginin yang dihasilkan di sitosol kerana kami baru saja dibincangkan berfungsi sebagai substrat untuk enzim yang memangkinkan tindak balas terakhir kitaran urea: arginase. Enzim ini bertanggungjawab untuk "memotong" arginin dan menghasilkan dengan urea dan ornithine.

- Destinasi kedua -dua produk

Ornithine "diperbaharui" diangkut dari sitosol ke mitokondria, di mana ia boleh mengambil bahagian lagi dalam pusingan lain kitaran.

Urea, sebaliknya, diangkut ke buah pinggang oleh aliran darah dan dibuang dengan air kencing.

Fungsi

Kitaran urea membolehkan penghapusan ion ammonium yang berkesan, yang pengumpulannya berpotensi toksik untuk hampir semua haiwan terestrial.

Walau bagaimanapun, jumlah atom nitrogen yang dihapuskan melalui laluan metabolik ini bergantung kepada keadaan yang berbeza:

- Sebagai contoh, diet protein, sebagai contoh, membayangkan penggunaan asid amino sebagai bahan api tenaga, jadi ia membawa kepada pengeluaran urea yang lebih besar dari kumpulan amino lebihan.

- Puasa berpanjangan, yang lambat laun mengaktifkan kemerosotan protein otot untuk mendapatkan tenaga, juga hasil.

Peraturan

Variasi yang berlainan dalam aktiviti kitaran urea dapat diberikan terima kasih kepada peraturan kadar sintesis dari empat enzim kitaran dan fosfat sintetik karbamoil I dalam hepatosit, yang bertindak dalam reaksi awal pengaktifan.

Pada haiwan yang cepat untuk masa yang berpanjangan, atau pada mereka yang mempunyai diet protein, 5 enzim yang terlibat dalam laluan disintesis pada kadar yang agak tinggi, berbanding dengan haiwan yang mempunyai diet yang berbeza -beza dan karbohidrat dan lemak.

Boleh melayani anda: Flora dan fauna tamaulipas: spesies yang lebih mewakili

Walaupun di atas, enzim-enzim ini juga dikawal selia secara alostérically, sebagai contoh, carbamoil fosfat synthetase I secara alestérically diaktifkan oleh n-asetilglutamate, yang dihasilkan dari asetil-CoA dan glutamat oleh enzim N-acetylglutamat, mengawal selia.

Tahap sintesis enzim terakhir ini bergantung kepada jumlah asetil-CoA, glutamat dan arginine (pengaktifnya), jadi molekul ini secara tidak langsung mengambil bahagian dalam pengaktifan langkah pertama kitaran urea.

Gangguan kitaran urea

Banyak gangguan atau gangguan dalam kitaran urea telah diterangkan, yang mempunyai kaitan dengan kecacatan genetik yang berkaitan dengan enzim yang memangkinkan langkah -langkah tindak balas yang berbeza dan yang bertanggungjawab untuk pembangunan keadaan yang diketahui bersama sebagai hyperamonemias.

Pesakit yang menderita gangguan ini meliputi pelbagai usia, bagaimanapun, ada yang mengembangkan gejala dalam tempoh neonatal, semasa zaman kanak -kanak dan akil baligh.

Diagnosis klinikal keadaan patologi ini dilakukan terutamanya dengan mengukur kepekatan ammonium dalam plasma darah dan secara amnya pengumpulannya membayangkan perkembangan ensefalopati, yang sebahagiannya boleh mematikan atau menghasilkan sekuel neurologi yang dahsyat.

Gangguan yang paling biasa adalah kekurangan enzim transcarbamilase, yang mempunyai corak keturunan yang dikaitkan dengan kromosom X, sementara penyakit yang berkaitan dengan enzim lain adalah penyakit resesif autosomal, yang paling kurang adalah kekurangan dalam enzim arginase.

Gangguan dalam tempoh neonatal

Bayi yang mempunyai kekurangan dalam 4 enzim pertama laluan dilahirkan sebagai bayi "biasa", tetapi dalam beberapa hari mereka mengembangkan gejala ensefalopati yang dihasilkan oleh kepekatan ammonium yang berlebihan. Gejala -gejala kelaparan, kelaparan dan akhirnya makan.

Apabila encephalopathy tidak dirawat, edema dapat dibangunkan, yang dapat berakhir dengan keperluan untuk pernafasan buatan.

Gangguan lewat

Kes pesakit yang mempunyai kekurangan separa dalam enzim kitaran urea mungkin berlaku, jadi gejala mungkin muncul semasa zaman kanak -kanak, akil baligh atau dewasa.

Antara gejala yang paling biasa adalah "koma yang tidak dapat dijelaskan" dan encephalopathies yang asalnya disahkan melalui kuantifikasi ammonium darah.

Rujukan

1. Brody, t. (1998). Biokimia pemakanan. Elsevier.
2. Burton, b. K. (2000). Gangguan kitaran urea. Klinik dalam Penyakit Hati, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, w. Dan. (1986). Enzim kitaran urea mamalia. Kajian Tahunan Genetik, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, j. V. (2006). Gangguan kitaran urea dan enzim yang berkaitan. Desones metabolik yang lahir (pp. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Prinsip Biokimia Lehninger. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Gangguan metabolisme asid amino. Dalam neurokimia asas (pp. 737-754). Akhbar Akademik.