Harnstoffzyklusstadien, Enzyme, Funktion, Regulation

Er Harnstoffzyklus, Auch als Ornithinzyklus bekannt, ist es ein Stoffwechselprozess, durch das Ammonium (NH4+), das während des Katabolismus von Aminosäuren erzeugt wird, in ein Produkt der Ausscheidung verwandelt und durch Urin in Form von Harnstoff aus dem Körper eliminiert wird.

Menschen sowie viele andere Landtiere nutzen einen Teil der Energie, die sie zum Katabolisieren müssen, dh sie in kleineren "Teilen" abzubauen und aus diesen mehr Energie oder Molekülen für die "Konstruktion" neuer Verbindungen zu erhalten von ihren Zellen verwendbar.

Im Allgemeinen stammen die Hauptsubstrate für diesen Zweck aus dem Recycling von Zellproteinen, die abgebaut werden, aus dem intestinalen Abbau von Proteinen, die mit Nahrung und Metabolismus von Körperproteinen, Produkt des Fastens oder einem pathologischen Zustand, aufgenommen wurden.

Der erste Schritt zum Abbau einer Aminosäure besteht aus der "Trennung" seiner Aminogruppen vom Rest des Kohlenstoffskeletts, und in vielen Fällen werden diese Aminogruppen auf ein Molekül von α-Zetoglutarat übertragen, um Glutamat durch ein Reaktion der Transaminierung.

Bei Säugetieren wird Glutamat in die Mitochondrien von Leberzellen transportiert, wo ein Enzym namens Glutamat -Dehydrogenase Aminogruppen aus früheren Transaminierungsreaktionen in Form von Ammoniumionen (NH4+) fördert.

Ion Ammonium (Quelle: Roland Matter / Public Domain, über Wikimedia Commons)

In einigen Stoffen wird nicht Glutamat gebildet, aber die Aminogruppen werden als Glutamingruppe oder als Amino -Gruppe von Alanine transportiert, deren „Herzschmerz“ verschiedene Energiezwecke erfüllen.

Ammoniumionen können zur Synthese neuer Aminosäuren oder anderer Stickstoffverbindungen verwendet werden oder können auf unterschiedliche Weise aus dem Körper ausgeschieden werden.

Nach der Art und Weise, wie sie die oben genannten Aminogruppen beseitigen, können Tiere als:

- Ammonialicos: Diejenigen, die sie direkt auslassen als Ammoniak (im Allgemeinen Wasserspezies)

- Ureotelisch: Diejenigen, die sie ausschalten als Harnstoff (Viele Landtiere)

- Uricotelisch: Diejenigen, die sie in Form von ausgeben Harnsäure (Vögel und Reptilien)

Der Harnstoffzyklus ist also derjenige, der durchgeführt wird.

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Enzyme, die am Harnstoffzyklus beteiligt sind

Die Enzyme, die an der "Fixierung" des Ammoniums in Harnstoff in Harnstoff teilnehmen, sind die folgenden:

- Carbamoil -Synthetase -Phosphat I, die an der Synthese von Carbamoil -Phosphat aus Bicarbonat- und Ammoniumionen beteiligt ist.

- Transcarbamilase Ornithin, Das katalysiert die Übertragung der Carbamoil -Gruppe von Carbamoil -Phosphat zu Ornithin und bildet Citrulin.

- Argininosukinationssynthetase, die die Kondensation von Citrulin mit einem Aspartatmolekül katalysiert und Argininosukkination bildet

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- Argininosukkination Liasa oder Argininosukcinase, Essentiell für den "Schnitt" der Argininosukination in Arginin und Fumarat.

- Arginase, In der Lage, Arginin in Harnstoff und Ornitin umzuwandeln.

Harnstoffzyklusstadien

Harnstoffzyklus

Der Harnstoffzyklus, der 1932 von Hans Krebs und Kurt Henseleit entdeckt wurde, tritt in Leberzellen auf, da die Leber das Organ ist, zu dem alle in den verschiedenen in den verschiedenen Körpergewänden hergestellten ermahnen Ionen in den verschiedenen Körpergeweben produziert werden, die „kanalisiert“ werden, „kanalisiert“ werden.

Nachdem Harnstoff aus Ammonium hergestellt wurde, wird dieser vom Blutkreislauf zu den Nieren transportiert, wo es zusammen mit dem Urin als Abfallmaterial ausgestoßen wird.

Der Zyklus besteht aus 5 enzymatischen Schritten, von denen zwei in den Mitochondrien der Leberzellen und 3 im Cytosol enden.

Illustration einer Mitochondrien

Erste Stufe: Gersteschritt

Das erste, was passieren sollte, damit der Harnstoffzyklus beginnen kann, ist der Transport der Liebesionen in die Leber und in Richtung der Mitochondrienmatrix der Hepatozyten.

Ammoniumionen können sich aus "Fördermolekülen wie Glutamat" ableiten.

Welche Quelle auch immer, die Ammoniumionen, die in den Mitochondrien der Hepatozyten produziert werden.

Diese Reaktion (Gerste- oder Aktivierungsreaktion) wird durch das Carbamoil -Enzym -Synthetase I katalysiert und erfordert den Verbrauch von 2 ATP -Molekülen wie folgt:

Ammoniumionen (NH4 +) + Bicarbonat-Ionen (HCO3-) + 2ATP → Carbamoil-Phosphat + 2ADP + PI

Zweite Stufe: Einführung des ersten Stickstoffatoms

Carbamoil -Phosphat fungiert als Spender Carbamoil aktiviert und beteiligt sich an der zweiten Reaktion des Harnstoffzyklus, der aus der "Spende" oder "Entbindung" ihrer Carbamoil -Gruppe auf den Ornithin (C5H12N2O2) besteht, das eine neue Verbindung namens Citrulin (C6H13N3O33o333o33333) auftritt, die Citrulin (C6H13N3O33333) auftritt (C6H13N3O33333, (C6H13N3O333). ).

(1) Ornithin + Carbamoil -Phosphat → Citrulin + pi

Diese Reaktion wird durch das Transcarbamilase -Ornithin -Enzym, ein Molekül anorganischer Phosphat und das resultierende Produkt, Citrulin, katalysiert.

Citrulin wird häufig in wissenschaftlichen Texten wie Carbamoil -Erornitin angezeigt, um die Tatsache zu betonen, dass es sich.

Dritte Stufe: Einführung des zweiten Stickstoffatoms

Ein zweites Stickstoffatom tritt aus dem Aspartat in den Harnstoffzyklus ein, das durch Transaminierung in den Mitochondrien erzeugt und in den zytoplasmatischen Raum transportiert wird. Die Reaktion wird dank der Kondensation zwischen der A -Amino -Gruppe des Aspartats und der Carbonylgruppe des Citrulins gegeben.

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In diesem Schritt wird es im Cytosol die Argininosukkination gebildet und die Reaktion durch das Enzym Argininosukkinationssynthetase katalysiert. In diesem Prozess wird ein anderes ATP-Molekül verwendet und tritt durch einen Vermittler auf.

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

(2b) Citrulil-Samp + Aspartat → Argininosukzinierung + Amp

(3) Argininosukination → Fumarat + Argininin

In einigen Texten werden diese Reaktionsschritte als 2A und 2B bezeichnet, und die dritte Reaktion ist in der Tat die reversible Reaktion, durch die die Argininosukkination geschnitten wird, um freies Arginin und Fumarat freizusetzen, auch als Argininosukination LIASA bekannt.

Fumarat kann in die Mitochondrien gelangen und Teil des Krebszyklus sein, während Arginin im Harnstoffzyklus fortgesetzt wird.

Vierte Stufe: Harnstoffproduktion

Das im Cytosol produzierte Arginin, wie wir gerade besprochen haben, dient als Substrat für das Enzym, das die letzte Reaktion des Harnstoffzyklus katalysiert. Dieses Enzym ist verantwortlich für "Schneiden" Arginin und produziert mit Harnstoff und Ornithin.

- Ziele beider Produkte

Das "regenerierte" Ornithin wird vom Cytosol in die Mitochondrien transportiert, wo es wieder in einer anderen Runde des Zyklus teilnehmen kann.

Harnstoff hingegen wird vom Blutkreislauf zu den Nieren transportiert und mit Urin verworfen.

Funktion

Der Harnstoffzyklus ermöglicht die wirksame Eliminierung von Ammoniumionen, deren Akkumulation für praktisch alle terrestrischen Tiere potenziell toxisch ist.

Die Menge an Stickstoffatomen, die durch diesen metabolischen Weg eliminiert werden, hängt jedoch von verschiedenen Bedingungen ab:

- Eine proteinreiche Diät zum Beispiel impliziert den Verbrauch von Aminosäuren als Energiebrennstoff und führt daher zu einer größeren Harnstoffproduktion aus überschüssigen Aminogruppen.

- Ein längeres Fasten, das früher oder später den Abbau von Muskelproteinen aktiviert, um Energie zu erhalten.

Verordnung

Die unterschiedlichen Variationen der Aktivität des Harnstoffzyklus können dank der Regulierung der Syntheseraten der vier Enzyme des Zyklus und des Carbamoil -synthetischen Phosphat I in den Hepatozyten angegeben werden, was bei der anfänglichen Reaktion der Aktivierung wirkt.

Bei Tieren, die für längere Zeiten schnell schnell sind, oder bei Personen mit proteinreichen Diäten werden die 5, die an dem Weg beteiligten Enzyme beteiligt sind.

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Trotz der oben oben genannten Enzyme werden auch alostérisch auch reguliert, beispielsweise Carbamoil-Phosphat-Synthetase I durch N-Acetylglutamat, das aus der Acetyl-CoA produziert wird, und Glutamat durch den Enzym-N-Acetylglutamat-Synthase, dessen Aktivität es ist, wird sich merkmal handelt, das sich merkendenkend handelt. Regulierung.

Die Synthesespiegel dieses letzten Enzyms hängen von der Menge an Acetyl-CoA, Glutamat und Arginin (seinen Aktivator) ab, sodass diese Moleküle indirekt an der Aktivierung des ersten Schritts des Harnstoffzyklus beteiligt sind.

Harnstoffzyklusstörungen

Es wurden zahlreiche Störungen oder Störungen im Harnstoffzyklus beschrieben, die mit genetischen Defekten zu tun haben, die mit den Enzymen zusammenhängen, die die verschiedenen Reaktionsschritte katalysieren und die für die Entwicklung bekannter Bedingungen zusammen als Hyperamonämien verantwortlich sind.

Patienten, die an diesen Störungen leiden.

Die klinische Diagnose dieser pathologischen Erkrankungen erfolgt hauptsächlich durch Messung der Ammoniumkonzentration im Blutplasma, und im Allgemeinen impliziert seine Akkumulation die Entwicklung von Enzephalopathien, von denen einige lethale oder verheerende neurologische Folgen produzieren können.

Die häufigste Störung ist der Mangel des Transcarbamilase -Enzyms, das ein erbliches Muster aufweist, das mit dem X -Chromosom verbunden ist, während die mit den anderen Enzymen verbundenen Krankheiten autosomale rezessiv.

Störungen in der Neugeborenenzeit

Babys mit Mängel in den ersten 4 Enzymen der Strecke werden als "normale" Babys geboren, aber in wenigen Tagen entwickeln sie die Symptome einer Enzephalopathie, die durch überschüssige Ammoniumkonzentration erzeugt wird. Die Symptome sind Lethargie, Hunger und schließlich essen.

Wenn keine Enzephalopathie behandelt wird.

Spätstörungen

Der Fall von Patienten mit Teilmangel in den Enzymen des Harnstoffzyklus kann auftreten, sodass die Symptome während der Kindheit, der Pubertät oder des Erwachsenenalters auftreten können.

Zu den häufigsten Symptomen gehören "unerklärliche Kommas" und Enzephalopathien, deren Ursprung durch die Quantifizierung von Blutammonium bestätigt wird.

Verweise

1. Brody, t. (1998). Ernährungsbiochemie. Elsevier.
2. Burton, geb. K. (2000). Harnstoffzyklusstörungen. Kliniken in Lebererkrankungen, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, w. UND. (1986). Harnstoffzyklusenzyme mit Säugetier -Harnstoffzyklus. Jährliche Überprüfung der Genetik, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, j. V. (2006). Störungen des Harnstoffzyklus und verwandten Enzyme. Angeborener Metabolic Desones (PP. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Störungen des Aminosäurestoffwechsels. In der grundlegenden Neurochemie (pp. 737-754). Akademische Presse.