Lai cilvēka organisms uzturētu normālu dzīvi, tajā ir izstrādāti toksisko vielu izvadīšanas mehānismi. Starp tiem amonjaks ir slāpekļa savienojumu, galvenokārt olb altumvielu, metabolisma galaprodukts. NH3 ir toksisks ķermenim un, tāpat kā jebkura inde, izdalās caur izvadīšanas sistēmu. Bet pirms amonjaks tiek pakļauts virknei secīgu reakciju, ko sauc par ornitīna ciklu.
Slāpekļa metabolisma veidi
Ne visi dzīvnieki izdala amonjaku vidē. Alternatīvas slāpekļa metabolisma beigu vielas ir urīnskābe un urīnviela. Attiecīgi tiek saukti trīs slāpekļa metabolisma veidi atkarībā no izdalītās vielas.
Amoniotēlija tips. Gala produkts šeit ir amonjaks. Tā ir bezkrāsaina gāze, kas šķīst ūdenī. Amoniotēlija ir raksturīga visām zivīm, kas dzīvo sālsūdenī.
Ureoteliskais tips. Dzīvnieki, kuriem raksturīga ureotēlija, izdala urīnvielu vidē. Piemēri irsaldūdens zivis, abinieki un zīdītāji, tostarp cilvēki.
Urikotēliskais veids. Tas ietver tos dzīvnieku pasaules pārstāvjus, kuros galīgais metabolīts ir urīnskābes kristāli. Šī viela kā slāpekļa metabolisma produkts ir atrodama putniem un rāpuļiem.
Jebkurā no šiem gadījumiem vielmaiņas galaprodukta uzdevums ir izvadīt no organisma nevajadzīgo slāpekli. Ja tas nenotiek, tiek novērota šūnu aplikšana un svarīgu reakciju kavēšana.
Kas ir urīnviela?
Urīnviela ir ogļskābes amīds. Tas veidojas no amonjaka, oglekļa dioksīda, slāpekļa un noteiktu vielu aminogrupām ornitīna cikla reakciju laikā. Urīnviela ir ureotētisko dzīvnieku, tostarp cilvēku, izvada produkts.
Urīnviela ir viens no veidiem, kā no organisma izvadīt lieko slāpekli. Šīs vielas veidošanai ir aizsargfunkcija, jo. urīnvielas prekursors - amonjaks, toksisks cilvēka šūnām.
Apstrādājot 100 g dažāda rakstura olb altumvielu, ar urīnu izdalās 20-25 g urīnvielas. Viela tiek sintezēta aknās, un pēc tam ar asins plūsmu nonāk nieres nefronā un izdalās kopā ar urīnu.
Aknas ir galvenais urīnvielas sintēzes orgāns
Visā cilvēka organismā nav tādas šūnas, kurā atrastos absolūti visi ornitīna cikla fermenti. Protams, izņemot hepatocītus. Aknu šūnu funkcija ir ne tikai sintezēt un iznīcināt hemoglobīnu, bet arī veikt visas urīnvielas sintēzes reakcijas.
ZemOrnitīna cikla apraksts atbilst faktam, ka tas ir vienīgais veids, kā izvadīt no organisma slāpekli. Ja praksē tiek kavēta galveno enzīmu sintēze vai darbība, urīnvielas sintēze apstāsies un organisms iet bojā no pārmērīga amonjaka daudzuma asinīs.
Ornitīna cikls. Reakciju bioķīmija
Urīnvielas sintēzes cikls notiek vairākos posmos. Zemāk ir parādīta vispārējā ornitīna cikla shēma (attēls), tāpēc mēs analizēsim katru reakciju atsevišķi. Pirmie divi posmi notiek tieši aknu šūnu mitohondrijās.
NH3 reaģē ar oglekļa dioksīdu, izmantojot divas ATP molekulas. Šīs enerģiju patērējošās reakcijas rezultātā veidojas karbamoilfosfāts, kas satur makroerģisku saiti. Šo procesu katalizē enzīms karbamoilfosfāta sintetāze.
Karbamoilfosfāts reaģē ar ornitīnu, izmantojot enzīmu ornitīna karbamoiltransferāzi. Rezultātā tiek iznīcināta augstas enerģijas saite, un tās enerģijas ietekmē veidojas citrulīns.
Trešā un nākamās stadijas notiek nevis mitohondrijās, bet gan hepatocītu citoplazmā.
Notiek reakcija starp citrulīnu un aspartātu. Patērējot 1 ATP molekulu un enzīma arginīna-sukcināta sintāzes iedarbībā, veidojas arginīna-sukcināts.
Arginīnsukcināts kopā ar enzīmu arginīna-sukcīna-liāze sadalās līdz arginīnam un fumarātam.
Arginīns ūdens klātbūtnē un argināzes iedarbībā sadalās līdz ornitīnam (1 reakcija) un urīnvielai (galaprodukts). Cikls ir pabeigts.
Urīnvielas sintēzes cikla enerģija
Ornitīna cikls ir enerģiju patērējošs process, kurā tiek patērētas adenozīna trifosfāta (ATP) molekulu makroerģiskās saites. Visu 5 reakciju laikā kopā veidojas 3 ADP molekulas. Turklāt enerģija tiek tērēta vielu transportēšanai no mitohondrijiem uz citoplazmu un otrādi. No kurienes nāk ATP?
Fumarātu, kas izveidojās ceturtajā reakcijā, var izmantot kā substrātu trikarbonskābes ciklā. Malāta sintēzes laikā no fumarāta izdalās NADPH, kā rezultātā veidojas 3 ATP molekulas.
Glutamāta deaminācijas reakcijai ir nozīme arī aknu šūnu apgādē ar enerģiju. Tajā pašā laikā izdalās arī 3 ATP molekulas, kuras izmanto urīnvielas sintēzei.
Ornitīna cikla aktivitātes regulēšana
Parasti urīnvielas sintēzes reakciju kaskāde darbojas 60% apmērā no iespējamās vērtības. Palielinoties olb altumvielu saturam pārtikā, reakcijas tiek paātrinātas, kā rezultātā palielinās kopējā efektivitāte. Ornitīna cikla vielmaiņas traucējumi tiek novēroti lielas fiziskās slodzes un ilgstošas badošanās laikā, kad organisms sāk sadalīt savas olb altumvielas.
Ornitīna cikla regulēšana var notikt arī bioķīmiskā līmenī. Šeit mērķis ir galvenais enzīms karbamoilfosfāta sintetāze. Tās allosteriskais aktivators ir N-acetilglutamāts. Ar tā lielo saturu organismā urīnvielas sintēzes reakcijas norit normāli. Ar pašas vielas vai tās trūkumuprekursori, glutamāts un acetil-CoA, ornitīna cikls zaudē savu funkcionālo slodzi.
Saistība starp urīnvielas sintēzes ciklu un Krebsa ciklu
Abu procesu reakcijas notiek mitohondriju matricā. Tas dod iespēju dažām organiskām vielām piedalīties divos bioķīmiskos procesos.
CO2 un adenozīna trifosfāts, kas veidojas citronskābes ciklā, ir karbamoilfosfāta prekursori. ATP ir arī vissvarīgākais enerģijas avots.
Ornitīna cikls, kura reakcijas notiek aknu hepatocītos, ir fumarāta avots, kas ir viens no svarīgākajiem Krebsa cikla substrātiem. Turklāt šī viela vairāku pakāpenisku reakciju rezultātā rada aspartātu, kas savukārt tiek izmantots ornitīna cikla biosintēzē. Fumarāta reakcija ir NADP avots, ko var izmantot, lai fosforilētu ADP par ATP.
Ornitīna cikla bioloģiskā nozīme
Lielākā daļa slāpekļa nonāk organismā kā daļa no olb altumvielām. Vielmaiņas procesā tiek iznīcinātas aminoskābes, veidojas amonjaks kā vielmaiņas procesu galaprodukts. Ornitīna cikls sastāv no vairākām secīgām reakcijām, kuru galvenais uzdevums ir detoksicēt NH3, pārvēršot to par urīnvielu. Savukārt urīnviela nonāk nieres nefronā un izdalās no organisma ar urīnu.
Turklāt ornitīna cikla blakusprodukts ir arginīna avots, kas ir viena no neaizvietojamajām aminoskābēm.
Pārkāpumi sintēzēurīnviela var izraisīt tādu slimību kā hiperamonēmija. Šo patoloģiju raksturo paaugstināta amonija jonu koncentrācija NH4+ cilvēka asinīs. Šie joni nelabvēlīgi ietekmē ķermeņa dzīvi, izslēdzot vai palēninot dažus svarīgus procesus. Šīs slimības ignorēšana var izraisīt nāvi.
