Da bi človeško telo ohranilo normalno življenje, je razvilo mehanizme za izločanje strupenih snovi. Med njimi je amoniak končni produkt presnove dušikovih spojin, predvsem beljakovin. NH3 je strupen za telo in se tako kot vsak strup izloča skozi izločevalni sistem. Toda preden se amoniak podvrže vrsti zaporednih reakcij, ki se imenujejo ornitinski cikel.
Vrste presnove dušika
Vse živali ne sproščajo amoniaka v okolje. Alternativni končni snovi presnove dušika sta sečna kislina in sečnina. V skladu s tem se imenujejo tri vrste presnove dušika, odvisno od sproščene snovi.
Amoniotelni tip. Končni izdelek tukaj je amoniak. Je brezbarven plin, topen v vodi. Amoniotelija je značilna za vse ribe, ki živijo v slani vodi.
Ureotelični tip. Živali, za katere je značilna ureotelija, sproščajo sečnino v okolje. Primeri sosladkovodne ribe, dvoživke in sesalci, vključno z ljudmi.
Urikotelični tip. To vključuje tiste predstavnike živalskega sveta, v katerih so končni presnovek kristali sečne kisline. To snov kot produkt presnove dušika najdemo pri pticah in plazilcih.
V vsakem od teh primerov je naloga končnega produkta presnove odstraniti nepotreben dušik iz telesa. Če se to ne zgodi, opazimo obdavčitev celic in zaviranje pomembnih reakcij.
Kaj je sečnina?
Urea je amid ogljikove kisline. Nastane iz amoniaka, ogljikovega dioksida, dušika in amino skupin določenih snovi med reakcijami ornitinskega cikla. Urea je produkt izločanja ureotelnih živali, vključno z ljudmi.
Urea je eden od načinov za izločanje presežka dušika iz telesa. Tvorba te snovi ima zaščitno funkcijo, ker. prekurzor sečnine - amoniak, strupen za človeške celice.
Pri obdelavi 100 g beljakovin različne narave se z urinom izloči 20-25 g sečnine. Snov se sintetizira v jetrih, nato pa s pretokom krvi vstopi v nefron ledvice in se izloči skupaj z urinom.
Jetra so glavni organ za sintezo sečnine
V celotnem človeškem telesu ni takšne celice, v kateri bi bili prisotni absolutno vsi encimi ornitinskega cikla. Razen hepatocitov, seveda. Funkcija jetrnih celic ni le sintetizirati in uničiti hemoglobin, ampak tudi izvajati vse reakcije sinteze sečnine.
PodOpis ornitinskega cikla ustreza dejstvu, da je to edini način za odstranjevanje dušika iz telesa. Če je v praksi zavirana sinteza ali delovanje glavnih encimov, se bo sinteza sečnine ustavila in telo bo umrlo zaradi presežka amoniaka v krvi.
Ornitinski cikel. Biokemija reakcij
Cikel sinteze sečnine poteka v več fazah. Splošna shema ornitinskega cikla je predstavljena spodaj (slika), zato bomo analizirali vsako reakcijo posebej. Prvi dve stopnji potekata neposredno v mitohondrijih jetrnih celic.
NH3 reagira z ogljikovim dioksidom z uporabo dveh molekul ATP. Kot rezultat te energijsko potratne reakcije nastane karbamoil fosfat, ki vsebuje makroergično vez. Ta proces katalizira encim karbamoil fosfat sintetaza.
Karbamoil fosfat reagira z ornitinom z encimom ornitin karbamoil transferazo. Zaradi tega se visokoenergetska vez uniči in zaradi njegove energije nastane citrulin.
Tretja in naslednje stopnje ne potekajo v mitohondrijih, ampak v citoplazmi hepatocitov.
Obstaja reakcija med citrulinom in aspartatom. S porabo 1 molekule ATP in pod delovanjem encima arginin-sukcinat sintaze nastane arginin-sukcinat.
Arginino-sukcinat, skupaj z encimom arginino-sukcin-liaza, se razgradi na arginin in fumarat.
Arginin se v prisotnosti vode in pod delovanjem arginaze razgradi na ornitin (1 reakcija) in sečnino (končni produkt). Cikel je končan.
Energija cikla sinteze sečnine
Ornitinski cikel je energetsko potraten proces, v katerem se porabijo makroergične vezi molekul adenozin trifosfata (ATP). Pri vseh 5 reakcijah nastanejo skupaj 3 molekule ADP. Poleg tega se energija porabi za transport snovi iz mitohondrijev v citoplazmo in obratno. Od kod prihaja ATP?
Fumarat, ki je nastal v četrti reakciji, se lahko uporablja kot substrat v ciklu trikarboksilne kisline. Med sintezo malata iz fumarata se sprosti NADPH, kar povzroči 3 molekule ATP.
Reakcija deaminacije glutamata igra tudi vlogo pri oskrbi jetrnih celic z energijo. Hkrati se sprostijo tudi 3 molekule ATP, ki se uporabljajo za sintezo sečnine.
Uravnavanje aktivnosti ornitinskega cikla
Običajno kaskada reakcij sinteze sečnine deluje pri 60 % svoje možne vrednosti. S povečano vsebnostjo beljakovin v hrani se reakcije pospešijo, kar vodi do povečanja splošne učinkovitosti. Presnovne motnje ornitinskega cikla opazimo pri velikih fizičnih naporih in dolgotrajnem postu, ko telo začne razgrajevati lastne beljakovine.
Uravnavanje ornitinskega cikla se lahko zgodi tudi na biokemični ravni. Tukaj je tarča glavni encim karbamoil fosfat sintetaza. Njegov alosterični aktivator je N-acetil-glutamat. Zaradi visoke vsebnosti v telesu se reakcije sinteze sečnine odvijajo normalno. S pomanjkanjem same snovi ozprekurzorji, glutamat in acetil-CoA, ornitinski cikel izgubi svojo funkcionalno obremenitev.
Razmerje med ciklom sinteze sečnine in Krebsovim ciklom
Reakcije obeh procesov potekajo v mitohondrijskem matriksu. To omogoča, da nekatere organske snovi sodelujejo v dveh biokemičnih procesih.
CO2 in adenozin trifosfat, ki nastaneta v ciklu citronske kisline, sta predhodnika karbamoil fosfata. ATP je tudi najpomembnejši vir energije.
Ornitinski cikel, katerega reakcije potekajo v jetrnih hepatocitih, je vir fumarata, enega najpomembnejših substratov v Krebsovem ciklu. Poleg tega ta snov kot rezultat več postopnih reakcij povzroči aspartat, ki se nato uporablja pri biosintezi ornitinskega cikla. Reakcija fumarata je vir NADP, ki se lahko uporablja za fosforilacijo ADP v ATP.
Biološki pomen ornitinskega cikla
Velika večina dušika vstopi v telo kot del beljakovin. V procesu presnove se aminokisline uničijo, amoniak nastane kot končni produkt presnovnih procesov. Ornitinski cikel je sestavljen iz več zaporednih reakcij, katerih glavna naloga je razstrupljanje NH3 s pretvorbo v sečnino. Urea pa vstopi v nefron ledvice in se izloči iz telesa z urinom.
Poleg tega je stranski produkt ornitinskega cikla vir arginina, ene od esencialnih aminokislin.
Kršitve v sintezisečnina lahko povzroči bolezen, kot je hiperamonemija. Za to patologijo je značilna povečana koncentracija amonijevih ionov NH4+ v človeški krvi. Ti ioni negativno vplivajo na življenje telesa, izklopijo ali upočasnijo nekatere pomembne procese. Ignoriranje te bolezni lahko povzroči smrt.
