Interested Article - Цикл мочевины

Схематическое изображение цикла мочевины: 1 — цитруллин , 2 — аргининосукцинат , 3 — аргинин , 4 — орнитин , 5 — , 6 — аспарагиновая кислота , 7 — фумаровая кислота , 8 — вода , 9 — мочевина
ОТС — орнитинтранскарбамилаза , ASS — аргининосукцинат-синтетаза , ASL — аргининосукцинат-лиаза , ARG1 — аргиназа .

Цикл мочевины или орнитиновый цикл ( цикл Кребса — Гензелейта ) — последовательность биохимических реакций млекопитающих и некоторых рыб , в результате которой азотсодержащие продукты распада преобразуются в орнитин и мочевину , которая в свою очередь выделяется почками . В большинстве случаев таким образом происходит превращение аммиака . У птиц и рептилий конечным продуктом выделения является не мочевина, а мочевая кислота . Земноводные и большинство рыб не преобразуют аммиак в другие соединения, поскольку вследствие постоянного контакта с водой происходит быстрый вывод аммиака из организма через жабры или поверхность кожи в результате осмоса . Впервые описан Хансом Кребсом в 1932 году.

Биологическое значение

Необходимость в данном цикле реакций возникает вследствие того, что высокие концентрации аммиака, образующиеся в больших количествах в результате деградации нуклеотидов , оказывают угнетающее воздействие на нейроны . Мочевина же, являясь нейтральным соединением с небольшими размерами и высокой растворяемостью в физиологических жидкостях, способна легко проникать через биологические мембраны , легко переносится кровью и выделяется с мочой .

Локализация

Реакции цикла мочевины локализованы исключительно в клетках печени и протекают частью в митохондриях , а частью в цитозоле , в результате чего возникает необходимость в переносчиках .

Ход протекания реакций

Реакции в митохондрии

Непосредственно перед циклом происходит образование карбамоилфосфата из аммиака , воды и углекислого газа при участии фермента карбамоилфосфат-синтетазы (на схеме не показано). Данная реакция происходит с затратой энергии двух молекул АТФ и образованием двух молекул АДФ .
При участии орнитин-карбамоил-трансферазы ( орнитинтранскарбамилазы ) остаток карбамоилфосфата присоединяется к молекуле орнитина , что приводит к образованию молекулы цитруллина , которая переносится в цитозоль .

Реакции в цитоплазме

В цитоплазме цитруллин с аспарагиновой кислотой при участии фермента аргининосукцинат-синтетазы образует совместно аргининосукцинат . В ходе данной реакции расходуется энергия превращения одной молекулы АТФ в АМФ (что эквивалентно превращению двух молекул АТФ в АДФ). Образовавшийся в ходе реакции пирофосфат гидролизируется для обеспечения необратимости процесса (на схеме не показано).

Под действием фермента аргининосукцинат-лиазы аргининосукцинат распадается на фумарат и аргинин .

Аргинин в свою очередь гидролизируется при участии аргиназы (аргининогидролазы) с образованием мочевины и орнитина , который сразу же переносится в митохондрию и цикл повторяется вновь.

Суммарное уравнение реакций

NH ₃ + CO ₂ + 3ATФ + аспарагиновая кислота + 2H ₂ O → мочевина + фумарат + 2AДФ +2Ф _н + АМФ + ФФ _н

Энергетический выход цикла составляет затрату четырёх макроэргических связей на одну молекулу мочевины, поскольку пирофосфат далее превращается до фосфата .

Следует заметить, что полученная в процессе реакции аргининосукциназы молекула фумарата снижает энергетическую стоимость цикла. Фумарат, реагируя с молекулой воды в цитозоле, дает малат . Малат же вступает в цикл Кребса и с помощью НАД окисляется. Продуктами этой реакции являются НАДH и оксалоацетат. НАДH вступает в дыхательную электронтранспортную цепь . Окисление НАДH дает примерно 2,5 молекул АТФ, следовательно, стоимость цикла мочевины после этих дополнительных реакций составляет 1,5 молекул АТФ.

Клиническое значение

Нарушения цикла мочевины, например, в силу мутаций генов , кодирующих участвующие в цикле ферменты , приводят к . Большинство таких заболеваний приводят к гипераммониемии .