Ciklus uree
Ciklus uree[1] je metabolički ciklus kojim sisavci i još neki organizmi smanjuju koncentraciju amonijaka u krvi i vanstaničnom prostoru. Amonijak se nakuplja u organizmu kao posljedica katabolizma aminokiselina. Pošto amonijak postaje toksičan u visokim koncentracijama, različiti su organizmi razvili druge načine ekskrecije amonijaka iz tijela. Ribe izbaciju amonijev ion bez promjene, dok ga ptice metabolički pretvaraju u mokraćnu kiselinu (urat).
Ciklus uree je prvi otkriveni metabolički ciklus. Otkrili su ga Hans Adolf Krebs i Kurt Henseleit 1932. godine, ali detaljni opis pojedinih reakcija učinjen je kasnije od strane Sarah Ratner i Philipa Cohena.
Sadržaj |
[uredi] Reakcije
2. Karbamil fosfat
3. Citrulin
4. Argininsukcinat
5. Fumarat
6. Arginin
7. Urea
L-Asp = Aspartat
CPS-1 = Karbamilfosfat sintetaza I
OTC = Ornitin transkarbamilaza
ASS = Argininsukcinat sintetaza
ASL = Argininsukcinat liaza
ARG1 = Arginaza 1
Ciklus uree počinje u mitohondriju prvom reakcijom kondenzacije amonijevog iona NH4+ s ionom hidrogenkarbonata HCO3- i s jednom molekulom fosfata. Ovu reakciju katalizira enzim karbamil fosfat sintetaza I i kao konačni produkt formira se molekula karbamil fosfata. U reakciji se troše dvije molekule ATP.
Slijedi druga reakcija kondenzacije karbamil fosfata s molekulom ornitina koja daje citrulin kao produkt. Ovu reakciju katalizira enzim ornitin transkarbamilaza.
Citrulin potom izlazi iz mitohondrija u citosol i spaja se s jednom molekulom aspartata i formira arginin sukcinat. Ovu reakciju kondenzacije katalizira Argininsukcinat sintetaza.
Molekula arginin sukcinata se cijepa na arginin i fumarat od strane argininsukcinat liaze i fumarat biva usmjeren u Krebsov ciklus kao prekursor za formiranje oksalacetata, koji se prethodno potrošio za formiranje aspartata procesom transaminacije.
Posljednja reakcija je je cijepanje molekule arginina u ornitin i ureu od strane enzima arginaze. Urea potom izlazi iz stanice i izlučuje se u krvotok, koja je prenosi do bubrega gdje biva otopljena u urinu i eliminirana. Ornitin se pak vraća u mitohondrij i ulazi u slijedeći ciklus.
U tablici niže ukratko su prikazane sve reakcije:
| Reakcija | Reaktanti | Produkti | Enzim | Lokacija |
|---|---|---|---|---|
| 1 | NH4+ + HCO3− + 2ATP | karbamil fosfat + 2ADP + Pi | Karbamoilfosfat sintetaza (CPS1) | mitohondrij |
| 2 | karbamoil fosfat + ornitin | citrulin + Pi | ornitin trankarbamilaza (OTC) | mitohondrij |
| 3 | citrulin + aspartat + ATP | argininsukcinat + AMP + PPi | Argininsukcinat sintetaza (ASS) | citosol |
| 4 | argininsukcinat | arginin + fumarat | argininsukcinat liaza (ASL) | citosol |
| 5 | arginin + H2O | ornitin + urea | arginaza (ARG1) | citosol |
Konačna stehiokemijska jednadžba ciklusa uree je:
NH4+ + HCO3- + Aspartat + 3ATP + H2O → Urea + Fumarat + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi
Za napomenuti je da se tijekom ciklusa uree formiraju dvije molekule NADH, tako da je sam ciklus oslobađa nešto više energije nego što je troši.
Prva molekula NADH dobije se djelovanjem enzima glutamat dehidrogenaze, koja katalizira pretvorbu glutamata u amonijev ion i α-ketoglutarat, reducirajući pri tome NAD+ u NADH. Glutamat ima u biti ulogu netoksičnog prenositelja amonijevih skupina. Amonijev ion potom ulazi u prvu reakciju ciklusa uree. Tijekom četvrte reakcije ciklusa uree, fumarat izlazi iz mitohondrija u citosol i biva convertiran u malat od strane enzima fumaraze u sklopu Krebsovog ciklusa. Malat se potom konvertira u oksalacetat, generirajući jednu molekulu NADH. Oksalacetat se često koristi kao supstrat za transaminaciju pretvarajući ga tako u aspartat, što pridonosi održavanju dotoka dušikovih spojeva u ciklus uree. Oba reducirana NADH mogu dati dovoljno kemijske energije za proizvodnju 5 molekula ATP.
[uredi] Regulacija ciklusa uree
N-acetilglutaminska kiselina (NAcGlu) je molekula od koje ovisi sinteza karbamil fosfata, prvog produkta ciklusa uree. Ona molekula ima ulogu aktivatora enzima Karbamoil fosfat sintetaze 1 (CPS1), koji katalizira prvu reakciju ciklusa. Molekula N-acetulglutaminske kiseline je proizvod stimulacije enzima N-acetilglutamin sintetaze (NAGS). Eksperimentalno je utvrđeno da povećanje koncentracije aminokiselina arginina i glutamata ima ulogu aktivatora N-acetilglutamin sintetaze. Povećanje koncentracije slobodnih aminokiselina stoga ima ulogu aktivatora ciklusa uree.
Ostali su enzimi ciklusa uree kontrolirani od strane vlastitih supstrata.
[uredi] Izvori
- ↑ Voet D, Voet J (1995). Biokemija (Biochemistry), 2, Wiley.
[uredi] Vanjske poveznice
- (engl.) Ciklus uree
- (engl.) Osnove neurokemije - Poremećaji u metabolizmu aminokiselina
