Циклус на уреа - биохемиски циклус

биохемиски

Распаѓање на протеините

Како дел од постојаното распаѓање и таложење на структурните протеини во организмот, постојано се акумулираат слободни аминокиселини, кои телото може или повторно да ги искористи за да синтетизира нови протеини, или на друг начин да ги разгради. Амино групата може да се оддели од соодветната аминокиселина на два начина. Трансферот на амино групата во α-кето киселина, која потоа станува амино киселина, е почеста. Ова е познато како Трансаминација. Многу поретко е Деаминација, ослободување на амино групата како амонијак (NH3). Секоја потреба за трансаминација Пиридоксал фосфат (PALP) како кофактор (коензим). Ова е активна форма на витамин Б6, кој често игра улога во реакциите на метаболизмот на аминокиселините.

Транспорт на азот во крвта

Преку процесот на Трансаминација На периферијата, главно клетки на скелетните мускули, атомите на азот се врзани за аминокиселините во форма на амино група. Овие потоа можат да се ослободат во крвта и да стигнат до црниот дроб. Аминокиселините се особено соодветни тука, чија синтеза може да се одвива од средни производи од главните метаболички патишта, на пример цитратниот циклус.

Ова е централна аминокиселина во транспортот на азот Глутамат, што се произведува во периферните клетки на телото со пренесување на амино група во α-кетоглутарат. Ова потоа служи како подлога за трансминирање или може да заземе друга амино група и потоа се користи како а Глутамин ослободен во крвта. Во човечкото тело, глутаминот е аминокиселина со најголема концентрација во плазмата и првенствено се користи за транспорт на азот до бубрезите, но исто така и до црниот дроб. Во бубрегот, глутаминот всушност се распаѓа и формира амонијак. Тука, сепак, ова служи за неутрализирање на киселините околу урината и се лачи во областа на проксималната тубула.

Друг претставник на овие аминокиселини е Аланин. Тој претставува најважен транспортен механизам за азот од скелетните мускули до црниот дроб.Аланинот се произведува во периферните клетки со глутамат, пренесувајќи ја својата амино група во пируват. Аланинот потоа се користи во клетките на црниот дроб за да се формира аспартат од оксалоацетат. По ослободувањето на амино групата, останува пируват, кој потоа може да се метаболизира во митохондриите или да се нахрани во глуконеогенезата. Ако, во вториот случај, глукозата се врати во мускулите, која се оксидира за да се пирува таму, се создава циклус. Тука се зборува и за еден Аланински циклус.

уреа е производ на циклусот на уреа и се ослободува во крвотокот од црниот дроб. Тоа е растворлива во вода супстанција која содржи два атома на азот. Заедно со глутаминот, тој е најважната молекула во транспортот на азот во крвта.

Циклус на уреа во црниот дроб

Вистинскиот циклус на уреа кај луѓето се одвива исклучиво во црниот дроб. Ако атомите на азот стигнат до црниот дроб преку амино-групите на трите аминокиселини опишани погоре преку крвта, тие може да се врзат таму во форма на уреа со крајно производ што лесно се излачува. Ова е исклучително важно бидејќи спречува формирање на амонијак (NH3), што е особено невротоксично. Реакциите на уреа циклусот се одвиваат во хепатоцитите на црниот дроб, првите два од нив во рамките на митохондрион, т.е. интрамитохондријално и следните во цитозолот на клетката. Следното е преглед на индивидуалните чекори на реакција на циклусот на уреа, што најдобро може да се разбере со помош на шематски приказ на циклусот.

Слика: „Циклус на уреа“ од Фил Шац. Лиценца: CC BY 4.0

Чекори на реакција на циклусот на уреа

1. Формирање на карбамил фосфат (митохондрион)

Катализиран од ензимот Карбамоил фосфат синтетаза 1 Молекула се создава во митохондријалната матрица од амонијак (NH3) и СО2 Карбамоил фосфат. Овој одговор на пејсмејкерот на уреа циклус троши две молекули на АТП. Првиот атом на азот во уреа доаѓа од амонијакот произведен при распаѓање на аминокиселини или пурински бази. Како резултат на карбамил фосфатот е силно поларен, така што не може да помине низ митохондријалната мембрана.

2. Формирање на цитрулин (митохондрион)

Во вториот чекор на реакција, остатокот од карбамоил на карбамоил фосфатот се пренесува во аминокиселината орнитин. Оваа аминокиселина не е протеиногена, па затоа телото не ја користи за синтеза на протеини. Во оваа реакција направена од Орнитин карбамоил трансфераза се катализира, се јавува Цитрулин. Цитрулин е исто така не-протеиноген и она што останува во овој чекор е фосфат. Цитрулин треба да ја премине митохондријалната мембрана за следниот чекор на реакција за да влезе во цитозолот на хепатоцитот. Ова е со посредство на транслокатор во мембраната што разменува цитрулин и орнитин во антипортот.

3. Формирање на аргининосуцинат (цитозол)

Следната реакција се одвива во цитозолот, во Аргининосуцинат се синтетизира од цитрулин и аспартат. Аспартатот содржи амино група која се врзува за цитрулин. Ова е местото каде што вториот атом на азот влегува во циклусот на уреа. Одговорен ензим е тоа Аргининосуцинат синтетаза. За реакција е потребна енергија што доаѓа од хидролиза на АТП до АМП. Значи, тука се поделени две високо-енергетски обврзници.

4. Поделување на аргининосуцинат во аргинин и фумарат (цитозол)

Аргининосуцинатот потоа се користи од страна на Аргининосуцинат лиаза катализира во протеиногената аминокиселина Аргинин и подели фумарат. Понатамошната употреба на фумарат на нуспроизводи ќе биде објаснета подоцна.

5. Хидролиза на аргинин (цитозол)

Во последната реакција на уреа циклусот, аргининот се ослободува од Аргиназа хидролизирана и поделена на целата група на уреа. Ова ги создава и двете уреа, како и аминокиселината орнитин, кој се шверцува назад во митохондријалната матрица преку митохондријалната мембрана во замена со цитрулин. Таму повторно е достапно за вториот чекор на реакција, така што циклусот на уреа циклус се затвора во оваа точка. Резултирачката молекула на уреа се ослободува во крвотокот од страна на хепатоцитите преку специјални транспортни протеини во клеточната мембрана.

Регенерација на фумарат

За време на циклусот на уреа, аргининосуцинатот се формира во цитозолот на хепатоцитот кога аргининосуцинатот се распаѓа Фумарат. Последователно, ова го нарекуваат ензимите Фумараза и малат дехидрогеназа преку среден чекор Малате до Оксалоацетат преобратен. Дури и ако овие чекори се појават и во цитратниот циклус, мора да се земе предвид дека овие реакции се одвиваат во цитозолот. Оксалоацетат може да се трансминира назад во аспартат како супстрат, така што и тука се појавува метаболички циклус. Ова е познато како Аспартатен циклус. Бидејќи фумаратот е исто така среден производ на Циклус на лимонска киселина е, исто така може да биде шверцувано во ова.

Енергетска рамнотежа на циклусот на уреа

Синтезата на уреа е релативно енергетски интензивен процес, кој телото го прифаќа со цел безбедно да го излачува азотот. Пред сè, ова значи одржување на плазматското ниво на амонијак што е можно пониско. Поточно, постојат два чекори на реакција во циклусот на уреа во кои се бара енергија од расцепувањето на високоенергетските врски. На Карбамоил фосфат синтетаза 1 во митохондрион се потребни 2 молекули на АТП, кои се хидролизираат до АДП. Во цитозолот троши Аргининосуцинат синтетаза само 1 молекула на АТП, која сепак се хидролизира двапати до АМП и пирофосфат. Пирофосфатот многу брзо се претвора во 2 молекули на фосфат во цитозолот. Вкупно, циклусот на уреа содржи 3 молекули на АТП и расцепување на 4 врски богати со енергија.

Регулирање на циклусот на уреа

Реакцијата на пејсмејкерот што ја одредува синтезата на уреа е онаа на Карбамоил фосфат синтетаза 1 катализирана прва реакција на циклусот на уреа. Ензимот се произведува преку алостерично врзување на Н-ацетил глумат. Оваа молекула се зголемува во количина пропорционално на концентрацијата на глумат и ацетил-CoA. Ова е значајна врска затоа што високата концентрација на глумат е одраз на голема појава на супстрат и ацетил-CoA доволна количина на супстанции богати со енергија. Ако се исполнети двата услови, црниот дроб соодветно ја зголемува својата синтеза на уреа.

Елиминација на уреа

Црниот дроб произведува околу 30 гр уреа секој ден преку циклусот на уреа и го ослободува во крвта. Оваа вредност може да биде значително поголема или пониска, во зависност од содржината на протеини во храната, бидејќи телото само ги разградува вишокот аминокиселини. Уреата е лесно растворлива во вода и на тој начин може да стигне до бубрезите во растворена форма преку циркулацијата, каде што се излачува преку урината. Уреата го сочинува најголемиот дел од соединенијата што содржат азот во урината.

Бидејќи уреата се гломеруларно филтрирана од бубрезите и делумно се апсорбира, таа е погодна како медицински лабораториски параметар за функцијата на бубрезите. Концентрацијата на уреа во крвта е една од т.н. Параметри на задржување на бубрезите, кои, меѓу другото, покажуваат зголемени вредности со нарушена функција на бубрезите. Ова е исто така познато како кога се надминуваат нормалните вредности со различни клинички симптоми Уремија. Сепак, мора да се земат предвид флуктуациите со променетиот внес на протеини, што може да го направи параметарот несигурен.

Нарушувања на циклусот на уреа

Кога е нарушено физиолошкото функционирање на уреалниот циклус во црниот дроб, ова доведува до акумулација на амонијак во крвта. Ова зголемено ниво на плазма (> 250 μg/dl) на амонијак или амониум, јонизирана форма на амонијак, е познато како Хиперамонемија. Во зависност од формата и возраста на манифестација, невротоксичниот амонијак ги развива своите штетни ефекти во мозокот и може да доведе до различни невролошки симптоми, неповратно оштетување на мозокот и на крајот смрт. Патофизиолошки, астроцитите веројатно ќе отечат поради зголемено ниво на глутамин и како резултат на формирање на едем на мозок. Причините се претежно стекнато или вродено нарушување на функцијата на црниот дроб.

Дефекти на циклусот на уреа

Можна причина за недоволната функција на хепаталниот циклус на уреа е дефект во еден од катализирачките ензими. Опишани се следниве 6 познати дефекти на ензимите:

Погодени ензими Дефект на ензимот
Карбамоил фосфат синтетаза И. Недостаток на ЦПС
Н-ацетил глумамат синтетаза Недостаток на NAGS
Орнитин транскарбамилаза Недостаток преку шалтер
Аргининосуцинат синтаза Недостаток на АСА (цитрулинемија тип I)
Аргининосуцинат лиаза Недостаток на ASL (болест на аргинин килибарна киселина)
Недостаток на аргиназа-1 Хипераргининемија

Сите овие метаболички нарушувања се наследуваат како автосомно рецесивно обележје, со исклучок на недостаток на ОТЦ, кој се наследува рецесивно преку Х-хромозомот. Инциденцата во САД е приближно 1 на 8.000. Возраста на почетокот може да варира во голема мера и да се појави во секоја фаза од животот. Особено акутните курсеви кај новороденчињата се многу опасни по живот. Во напредната адолесценција и возрасните, дифузни невролошки симптоми како што се главоболка, слаба концентрација, треперење на рацете („треперење на треперење“), повраќање и летаргија се чести. Доколку не се лекуваат, овие дефекти на ензимите можат да доведат до ментална ретардација и смрт.

Дијагнозата се заснова на високо ниво на плазма на амонијак потврдено од лабораториска медицина и може да се надополни со генетски тестови. Акутниот третман често се состои од диуреза; на долг рок, од суштинско значење е да се обезбеди диета со малку протеини или азот. Единствената лековита опција е трансплантација на црн дроб.

Цироза на црниот дроб

Друга честа причина е напредно губење на функцијата на црниот дроб, на пример, поради цироза на црниот дроб. Недостатокот на капацитет за детоксикација на црниот дроб доведува до зголемено ниво на амонијак. Ако се појават невролошки симптоми, се зборува за еден хепатална енцефалопатија. Во зависност од клиничката манифестација, ова е поделено на одделение 1-4, со степен 4 што одговара на кома (кома хепатикум). Терапевтски, може да се користат различни мерки за да се обиде да ја намали концентрацијата на амонијак во крвта, но единствената лековита опција во случај на напредна цироза на црниот дроб е трансплантација на црн дроб.

Популарни испитни прашања во врска со циклусот на уреа

Решенијата може да се најдат под референците.

1. Која изјава за циклусот на уреа е неточна?

  1. Орнитинот се разменува во антипорт со цитрулин преку митохондријалната мембрана.
  2. За синтеза на аргининосуцинат, скршени се 2 високоенергетски врски.
  3. Цитрулин се формира во цитозолот.
  4. Аргиназата ја катализира хидролизата.
  5. Формирањето на аргининосуцинат се јавува во цитозолот.

2. Кој од наведените ензими ја одредува активноста на уреа циклусот?

  1. Аргининосуцинат синтетаза
  2. Аргиназа
  3. Глутамат пируват трансаминаза
  4. Малат дехидрогеназа
  5. Карбамоил фосфат синтетаза 1

3. Кој не е типичен симптом на хиперамонемија?

  1. Агитација
  2. Губење на чувствителност во долниот екстремитет
  3. Сомноленција
  4. Бруто треперење на рацете
  5. Лоша концентрација

отече

Расоу и др: Дуале серија Биохемија, Тиеме Верлаг, 2-то издание

Лофлер, Петридес: Биохемија и патобиохемија, Спрингер Верлаг, 9-то издание

Кирхнер, Милхаучер: ОСНОВИ Биохемија, Елзевиер Верлаг

СРЕДНО УЧЕ:Е: Биохемија, 4-то издание

Решенија на прашањата: 1C 2E 3B