Ciclul ureei

Placă memorială la Spitalul Universitar din Freiburg

Ciclului ureei ( de asemenea , ornitină sau ciclul Krebs-Henseleit ), descoperită în 1932 , la Spitalul Universitar Freiburg de Hans Adolf Krebs și Kurt Henseleit , este o cascada biochimica la mamifere care convertește conținut de azot produși de descompunere, în special de amoniu , în uree , care este apoi transferat rinichiul este excretat. La păsările și șopârlele care trăiesc pe uscat, acidul uric este în schimb produs și eliminat. Peștii nu necesită nici o conversie de amoniac; în cazul lor, pielea în contact direct cu apa oferă calea simplă de osmoză.

Formarea ureei are loc în celulele hepatice (hepatocite) și într-o măsură mai mică în rinichi . Ciclul este localizat parțial în mitocondrie și parțial în citosol , motiv pentru care sunt necesare proteine ​​de transport .

Reacțiile ciclului ureei

Schema ciclului ureei. Reacțiile au loc atât în ​​mitocondrie (deasupra), cât și în citosol (dedesubt). 1: L - ornitină ; 2: fosfat de carbamoil ; 3: L - citrulină ; 4: argininosuccinat ; 5: fumarat ; 6: L - arginină ; 7: uree ; L- Asp: L - aspartat ; CPS-1: carbamoil fosfat sintetaza I ; OTC: ornitină transcarbamilază ; ASA: argininosuccinat sintază ; ASL: argininosuccinat lyase ; ARG1: arginaza 1

Cascadă în mitocondrie

Reacții parțiale ale CPS-I ( catalizate de carbamoil fosfat sintetaza I ):

1. Carbonații de hidrogen sunt fosforilați și astfel se activează
   (prima reacție dependentă de ATP )
2. Acumularea de amoniac cu eliminarea reziduului de fosfat , se formează carbamat .
3. Carbamatul este fosforilat din nou și astfel este activat
   (a doua reacție dependentă de ATP)

La sfârșit există carbamoil fosfat, care este produsul de intrare în ciclul de uree real în citosol. Ambele etape sunt catalizate de fosfat carbamoil - sintetaza I .

Deoarece nu există un purtător care să transporte fosfatul de carbamoil în afara mitocondriei, trebuie să se întâmple mai întâi o ocolire prin ornitină - citrulină . Ambele sunt non - proteinogenici alfa- L - aminoacizi, acestea diferă în mod precis reziduul carbamat și există purtători pentru ei. Carbamoil fosfatul este astfel transferat în ornitină cu defosforilare, ceea ce creează citrulină. Reacția este catalizată de ornitină transcarbamilază .

Citrulina este transportată în citosol prin intermediul transportorilor de ornitină mitocondrială 1 și 2 din antiport către ornitină.

Cascada în citosol

Citrulina devine argininosuccinat în citosol cu ​​adăugarea de L- aspartat ATP- dependent, catalizată de enzima argininosuccinat sintază (ASA).

Argininosuccinatul reacționează pentru a forma arginină prin separarea fumaratului. Enzima este argininosuccinat liasa (ASL).

În ultima etapă, enzima arginază 1 (ARG1) catalizează reacția argininei la ornitină. În această etapă, cu consumul de H ₂ O, izouree este produs, care este în echilibru cu uree.

Ciclul aspartat

Ciclul aspartatului este utilizat pentru recuperarea aspartatului din fumarat. Reacțiile corespund celor din ciclul acidului citric . Fumaratul este transformat mai întâi în malat și apoi în oxaloacetat de enzimele citosolice „ fumarază ” și „ malat dehidrogenază ” . Când malatul este oxidat la oxaloacetat, NAD este redus la NADH .

Oxaloacetatul este transaminat cu un α-aminoacid pentru a forma L -partat. A-aminoacidul utilizat este de obicei acid glutamic , care este dezaminat în timpul transaminării la α-cetoglutaratul de α-ceto acid . Enzima catalizatoare este „ aspartat aminotransferaza ”. Alternativ, oxaloacetatul poate fi, de asemenea, introdus în gluconeogeneză sau prin intermediul transportorilor anaplerotic în ciclul acidului citric din mitocondrie.

Malatul obținut din fumarat de către fumaraza citolică poate fi, de asemenea, transportat înapoi în mitocondrie prin intermediul navetei malat-aspartat .

Bilanțul energetic

Suma ecuației ciclului ureei este:

${\ displaystyle \ mathrm {CO_ {2} + NH_ {4} ^ {+} + 3 \ ATP + aspartat + 2 \ H_ {2} O \ longrightarrow}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {Uree + 2 \ ADP + 4 \ P_ {i} + AMP + fumarat}}$

În timpul sintezei unei molecule de uree, patru compuși cu energie ridicată sunt împărțiți (3 ATP și un pirofosfat). Aceasta corespunde energiei a 4 molecule ATP.

Cu toate acestea, atunci când aspartatul este regenerat în ciclul aspartatului, se creează un NADH:

${\ displaystyle \ mathrm {Fumarate + 2 \ H_ {2} O + NAD ^ {+} \ longrightarrow Oxaloacetate + NADH + H_ {3} O ^ {+}}}$

NADH este transformat în ATP în lanțul respirator din mitocondrie . Un NADH aici corespunde la 2,5 ATP.

Importanța medicală

Defectele congenitale ale enzimelor ciclului ureei duc la creșterea nivelului de amoniu în sânge ( hiperamonemie ). În ciclul ureei, un ion de amoniu este încorporat într-un aminoacid și astfel eliminat cu fiecare etapă. Prin urmare, tulburarea metabolică este cea mai severă atunci când sunt afectate etapele timpurii ale ciclului ureei, carbamoil fosfat sintetaza și ornitină transcarbamoilază. Defectele ulterioare, argininosuccinat liasa și arginaza, conduc la imagini clinice mai puțin severe. Creșterea nivelului de amoniu duce la tulburări ale funcției creierului ( encefalopatie ) și chiar la comă . Înainte de 1979 a fost tratat cu transfuzie de schimb și dializă peritoneală . Acetat de fenil și benzoat au fost, de asemenea, date din 1979 . Acetatul de fenil și benzoatul reacționează cu glutamina și glicina pentru a forma fenacetilglutamină și N- benzoilglicină (acid hipuric) , care sunt excretate în urină și astfel elimină azotul.

Vezi si

• Obligația urinară

literatură

• Ulf Dettmer, Malte Folkerts, Eva Kächler, Andreas Sönnichsen: Curs intensiv în biochimie . Elsevier, München 2005, ISBN 978-3-437-44450-0 . 

Link-uri web

• Logica chimică din spatele ciclului ureei (engleză)
• Sinteza ureei . reactom; doi : 10.3180 / REACT_847.1

Dovezi individuale

1. ↑ John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Stryer Biochimie . Ediția a VII-a. Spectrum, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-8274-2988-9 , p. 697 . 
2. ^ GM Enns și colab.: Supraviețuirea după tratamentul cu fenilacetat și benzoat pentru tulburări ale ciclului ureei . În: N Engl J Med . Nu. 356 , 2007, p. 2282-2292 , doi : 10.1056 / NEJMoa066596 .