Stopnje cikla sečnine, encimi, funkcija, regulacija

On Cikel sečnine, Znan tudi kot ornitinski cikel, gre za presnovni proces, s katerim se amonij (NH4+), ki nastane med katabolizmom aminokislin, pretvori v produkt izločanja in iz telesa izloči z urinom.

Človeška bitja in številne druge kopenske živali uporabljajo del energije, ki jo morajo katabolizirati aminokisline, to je, da jih razgradijo v manjših "delih" in pridobijo iz teh več energije ali molekul za "konstrukcijo" novih spojin uporabne s svojimi celicami.

Na splošno glavni substrati v ta namen izvirajo iz recikliranja celičnih beljakovin, ki se razgradijo, iz črevesne razgradnje beljakovin, zauženih s hrano in presnovo telesnih beljakovin, produkt post ali nekega patološkega stanja.

Prvi korak za razgradnjo aminokisline je sestavljen iz "ločitve" njegovih amino skupin od preostalega ogljikovega okostja in v mnogih primerih te amino skupine prenesejo v molekulo α-Zetoglutarata, da tvori glutamat skozi A reakcija transaminacije.

Pri sesalcih se glutamat prevaža v mitohondrije jetrnih celic, kjer encim, imenovan glutamat dehidrogenaza, sprošča amino skupine iz prejšnjih reakcij transaminacije v obliki amonijevih ionov (NH4+).

Ion Amonium (Vir: Roland Mattern / Public Domain, prek Wikimedia Commons)

V nekaterih tkaninah glutamat ni oblikovan, a amino skupine prevažajo kot glutaminska skupina ali kot amino skupina alanina, katere izdelki "srčni" izpolnjujejo različne energetske namene.

Amonijeve ione se lahko uporabijo za sintezo novih aminokislin ali drugih dušikovih spojin ali pa jih lahko na različne načine izločajo iz telesa.

Glede na način, kako odpravljajo prej omenjene amino skupine, lahko živali razvrstimo kot:

- Omone: tisti, ki jih neposredno izločajo kot amoniak (na splošno vodne vrste)

- Ureotelična: tisti, ki jih izločajo kot sečnina (Veliko kopenskih živali)

- Uricotelic: Tisti, ki jih izločajo v obliki Sečna kislina (Ptice in plazilci)

Cikel sečnine je torej tisti, ki je bil izveden.

[TOC]

Encimi, ki sodelujejo v ciklu sečnine

Encimi, ki sodelujejo v "fiksaciji" amonija v sečnini, so naslednji:

- Carbamoil sintetizat fosfat i, ki sodeluje pri sintezi karbamoil fosfata iz bikarbonatnih in amonijevih ionov.

- TransCarbamilaza ornitin, ki katalizira prenos skupine karbamoil iz karbamoil fosfata v ornitin, ki tvori citrulin.

- Argininosukcinacija sintetizata, To katalizira kondenzacijo citrulina z molekulo aspartata, ki tvori argininosukcinacijo

Vam lahko služi: Lamarckova teorija o evoluciji: izvor, postulati, primeri

- Argininosuccinacija liasa ali argininosuccinaza, bistvenega.

- Arginaza, Sposoben pretvoriti arginin v sečnino in ornitina.

Stopnje cikla sečnine

Cikel sečnine

Cikel sečnine, ki sta ga odkrila Hans Krebs in Kurt Henseleit leta 1932, se pojavlja v jetrnih celicah, saj so jetra organ, za katerega so vsi opominski ioni, proizvedeni v različnih telesnih tkivih, v različnih telesnih tkivih "usmerjeni" "usmerjeni".

Ko se sečnina proizvaja iz amonija, to prepelje krvni obtok do ledvic, kjer ga skupaj z urinom izgnajo kot odpadni material.

Cikel je sestavljen iz 5 encimskih korakov, od katerih se dva pojavljata v mitohondrijih jetrnih celic in 3, ki se končajo v citosolu.

Ilustracija mitohondrijev

Prva faza: ječmen korak

Prva stvar, ki bi se morala zgoditi tako, da se lahko začne cikel sečnine, je prevoz ljubezenskih ionov do jeter in proti mitohondrijski matriki hepatocitov.

Amonijevi ioni lahko izhajajo iz "transportnih" molekul, kot je glutamat.

Vendar pa se ne glede na vir, amonijevi ioni, ki nastanejo v mitohondrijih hepatocitov, hitro pretvorijo v karbamoil fosfat v reakcijo, odvisno od ATP.

To reakcijo (reakcija ječmena ali aktivacije) katalizira encim karbamoil sintetiza I in zahteva porabo 2 molekul ATP, kot sledi:

Amonijevi ioni (NH4 +) + bikarbonatni ioni (HCO3-) + 2ATP → Carbamoil fosfat + 2ADP + PI

Druga faza: Uvod prvega dušikovega atoma

Carbamoil fosfat deluje kot darovalec karbamoil aktiviran in sodeluje v drugi reakciji cikla sečnine, ki je sestavljen iz "donacije" ali "dostave" njihove skupine karbamoil v ornitin (C5H12N2O2), ki se pojavlja v novi komplet, imenovani Citrulin (C6H13N3O3 ).

(1) Ornitin + karbamoil fosfat → citrulin + pi

To reakcijo katalizira transkarbamilazni ornitinski encim, molekula anorganskega fosfata in nastali produkt, citrulin, se "pošlje" iz mitohondrijske matrice v citosol.

Citrulin je v znanstvenih besedilih, kot je karbamoil -nitin.

Tretja faza: uvedba drugega dušikovega atoma

Drugi dušikov atom vstopi v cikel sečnine iz aspartata, ki se s transaminacijo nastaja v mitohondrijih in se prevaža v citoplazemski prostor. Reakcija se daje zahvaljujoč kondenzaciji med amino skupino Aspartata in karbonilno skupino citrulina.

Vam lahko služi: flora in favna tokov: več reprezentativnih vrst

V tem koraku nastane v citosolu, argininosukcinacijo in reakcijo katalizira encim argininosukcinacija. V tem postopku se uporablja še ena molekula ATP in se pojavlja prek posrednika, znanega kot Citrulil-Samp.

(2A) Citrulin + ATP → Citrulil-Samp + PPI (pirofosfat)

(2B) Citrulil-Samp + Aspartat → Argininosuccinacija + AMP

(3) Argininosuccinacija → fumarat + arginin

V nekaterih besedilih so ti reakcijski koraki znani kot 2A in 2B, tretja reakcija pa je pravzaprav reverzibilna reakcija, s katero se argininosukcinacija razreže, da sprosti prosti arginin in fumarat, znana tudi kot argininosukcinacija liasa.

Fumarate lahko vstopi v mitohondrije in je del Krebsovega cikla, medtem ko arginin nadaljuje v ciklu sečnine.

Četrta faza: Proizvodnja sečnine

Arginin, proizveden v citosolu, kot smo pravkar razpravljali, služi kot substrat za encim, ki katalizira zadnjo reakcijo cikla sečnine: arginaza. Ta encim je odgovoren za "rezanje" arginina in proizvodnjo z sečnino in ornitinom.

- Destinacije obeh izdelkov

"Regenerirani" ornitin se prevaža iz citosola v mitohondrije, kjer lahko spet sodeluje v drugem krogu cikla.

Sečnico po drugi strani prepelje v ledvice s krvnim obtokom in jo zavržemo z urinom.

Delovanje

Cikel sečnine omogoča učinkovito izločanje amonijevih ionov, katerih kopičenje je potencialno strupeno za skoraj vse kopenske živali.

Vendar pa je količina dušikovih atomov, ki se odpravijo skozi to presnovno pot, odvisna od različnih pogojev:

- Prehrana, bogata z beljakovinami, na primer pomeni porabo aminokislin kot energijsko gorivo, zato vodi do večje proizvodnje sečnine iz presežnih amino.

- Dolgotrajno post, ki prej ali slej aktivira razgradnjo mišičnih beljakovin, da dobi energijo.

Uredba

Različne razlike v aktivnosti sečninskega cikla je mogoče dati zahvaljujoč regulaciji stopnje sinteze štirih encimov cikla in karbamoil sintetičnega fosfata I v hepatocitih, ki deluje v začetni reakciji aktivacije.

Pri živalih, ki hitro daljši čas, ali pri tistih, ki imajo diete, ki so bogate z beljakovinami, se 5 encimov, vključenih v pot.

Vam lahko služi: flora in favna iz Tamaulipasa: več reprezentativnih vrst

Kljub zgoraj navedenemu so ti encimi regulirani tudi alosterično, na primer karbamoil fosfat sintetizata I se alestérično aktivira z N-acetilglutamatom, ki se proizvaja iz acetil-CoA in glutamata z encimom N-acetilglutamat, čigar dejavnost je merely urejanje.

Ravni sinteze tega zadnjega encima so odvisne od količine acetil-CoA, glutamata in arginina (njen aktivator), zato te molekule posredno sodelujejo pri aktivaciji prvega koraka cikla sečnine.

Motnje v ciklu sečnine

Opisane so številne motnje ali motnje v ciklu sečnine.

Bolniki, ki trpijo zaradi teh motenj, pokrivajo široko paleto starosti, vendar nekateri razvijejo simptome v novorojenčku, v otroštvu in puberteti.

Klinična diagnoza teh patoloških stanj se izvaja predvsem z merjenjem koncentracije amonijevega v krvni plazmi, na splošno pa njegovo kopičenje pomeni razvoj encefalopatij, od katerih so nekatere lahko smrtonosne ali ustvarijo uničujoče nevrološke posledice.

Najpogostejša motnja je pomanjkanje transkarbamilaznega encima, ki ima dedni vzorec, povezan s kromosomom X, medtem ko so bolezni, povezane z drugimi encimi.

Motnje v novorojenčku

Dojenčki s pomanjkljivostmi v prvih 4 encimih poti se rodijo kot "običajni" dojenčki, v nekaj dneh. Simptomi so letargije, stradanja in končno jedo.

Ko se encefalopatija ne zdravi, je mogoče razviti edem, ki se lahko konča s potrebo po umetnih respiratorjih.

Pozne motnje

Primer bolnikov, ki imajo delne pomanjkljivosti v encimih sečnine, se lahko pojavijo, tako da se simptomi lahko pojavijo v otroštvu, puberteti ali odrasli dobi.

Med najpogostejšimi simptomi so "nerazložljive vejice" in encefalopatije, katerih izvor je potrjen s količinsko določitvijo amonijevega krvi.

Reference

1. Brody, t. (1998). Prehranska biokemija. Elsevier.
2. Burton, b. K. (2000). Motnje v ciklu sečnine. Klinike v jetrnih bolezni, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, w. In. (1986). Encimi za cikel sečnine sesalcev. Letni pregled genetike, 20 (1), 431–464.
4. Leonard, J. V. (2006). Motnje cikla sečnine in sorodnih encimov. Prirojeni presnovni desoni (pp. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Motnje presnove aminokislin. V osnovni nevrokemiji (pp. 737-754). Akademski tisk.