Орнитиновый цыкл: рэакцыі, схема, апісанне, метабалічныя парушэнні

Каб арганізм чалавека падтрымліваў нармальную жыццядзейнасць, ён выпрацаваў механізмы выводзін таксічных рэчываў. Сярод іх аміяк - канчатковы прадукт метабалізму азоцістых злучэнняў, перш за ўсё бялкоў. NH ₃ таксічны для арганізма, і, як любы яд, выводзіцца праз вылучальную сістэму. Але перш аміяк перажывае цэлы шэраг паслядоўных рэакцый, які носіць назву орнитиновый цыкл.

Тыпы азоцістай абмену

Не для ўсіх жывёл характэрна вылучэнне аміяку ў навакольнае асяроддзе. Альтэрнатыўнымі канчатковымі рэчывамі метабалізму азоту з'яўляюцца мачавая кіслата і мачавіна. Адпаведна, называюць тры тыпу азоцістай абмену, у залежнасці ад вылучаемага рэчывы.

Аммониотелический тып. Канчатковым рэчывам тут з'яўляецца аміяк. Гэта бескаляровы газ, растваральны ў вадзе. Аммониотелия характэрная для ўсіх рыб, якія насяляюць у салёных вадаёмах.

Уреотелический тып. Жывёлы, для якіх характэрная уреотелия, вылучаюць у навакольнае асяроддзе мачавіну. Прыкладамі з'яўляюцца пресноводные рыбы, амфібіі і сысуны, у тым ліку і чалавек.

Урикотелический тып. Сюды адносяцца тыя прадстаўнікі жывёльнага свету, у якіх канчатковым метабалітаў з'яўляюцца крышталі мачавой кіслаты. Гэта рэчыва як прадукт азоцістай абмену сустракаецца ў птушак і гадаў.

У любым з гэтых выпадкаў задача канчатковага прадукту абмену - гэта вывядзенне непатрэбнага азоту з арганізма. Калі гэтага не адбываецца, назіраецца таксацыі клетак і інгібіравання важных рэакцый.

Што такое мачавіна?

Мачавіна - гэта Амід вугальнай кіслаты. Яна утвараецца з аміяку, вуглякіслага газу, азоту і амінагруп некаторых рэчываў падчас працякання рэакцый орнитинового цыклу. Мачавіна - гэта прадукт выдзялення уреотелических жывёл, сярод якіх і чалавек.

Мачавіна з'яўляецца адным са спосабаў экскрэцыі лішку азоту з арганізма. Адукацыя гэтага рэчыва нясе протекторных функцыю, бо папярэднік мачавіны - аміяк, таксічны для клетак чалавека.

Пры перапрацоўцы 100 г бялку рознай прыроды з мочой вылучаецца 20-25 г мачавіны. Рэчыва сінтэзуецца ў печані, а пасля з токам крыві трапляе ў нефрона ныркі і выводзіцца разам з мочой.

Печань - галоўны орган сінтэзу мачавіны

Ва ўсім арганізме чалавека не знойдзецца такой клеткі, у якой будуць прысутнічаць абсалютна ўсе ферменты орнитинового цыклу. Акрамя гепатацытаў, вядома. Функцыя клетак печані складаецца не толькі ў сінтэзе і разбурэнні гемаглабіну, але і ў правядзенні ўсіх рэакцый сінтэзу мачавіны.

Пад апісанне орнитинового цыклу падыходзіць той факт, што ён з'яўляецца адзіным спосабам выдалення азоту з арганізма. Калі на практыцы інгібіраваць сінтэз або дзеянне галоўных ферментаў, сінтэз мачавіны спыніцца, а арганізм загіне ад празмернасці аміяку ў крыві.

Орнитиновый цыкл. біяхімія рэакцый

Цыкл сінтэзу мачавіны праходзіць у некалькі этапаў. Агульная схема орнитинового цыклу прадстаўлена ніжэй (малюнак), таму разбяром кожную рэакцыю паасобку. Першыя дзве стадыі працякаюць непасрэдна ў мітахондрыях клетак печані.

NH ₃ рэагуе з вуглякіслым газам з выдаткам двух малекул АТФ. У выніку гэтай энергавыдатковай рэакцыі утвараецца карбамоилфосфат, у якім утрымліваецца макроэргическая сувязь. Каталізуе гэты працэс фермент карбамоилфосфат-синтетаза.

Карбамоилфосфат ўступае ў рэакцыю з орнитином пад дзеяннем фермента орнитин-карбамоил-трансферазы. У выніку макроэргическая сувязь руйнуецца, а за кошт яе энергіі утвараецца цитруллин.

Трэцяя і наступныя стадыі працякаюць не ў мітахондрыях, а ў цытаплазме гепатацытаў.

Ідзе рэакцыя паміж цитруллином і аспаратом. З выдаткам 1 малекулы АТФ і пад дзеяннем фермента аргінін-сукцинат-синтазы утворыцца аргінін-сукцинат.

Аргінін-сукцинат ў сукупнасці з ферментам аргінін-сукцина-ЛіАЗа расшчапляецца да аргініна і фумарат.

Аргінін ў прысутнасці вады і пад дзеяннем аргиназы расшчапляецца да орнитина (1 рэакцыя) і мачавіны (канчатковы прадукт). Цыкл замкнулася.

Энергетыка цыкла сінтэзу мачавіны

Орнитиновый цыкл - энергазатратных працэс, пры якім выдаткоўваюцца макроэргические сувязі малекул аденозинтрифосфата (АТФ). На працягу ўсіх 5 рэакцыі ў сукупнасці утвараюцца 3 малекулы АДФ. Да таго ж энергія сыходзіць на транспарт рэчываў з мітахондрыі ў цытаплазму і наадварот. Адкуль жа бярэцца АТФ?

Фумарат, які ўтварыўся ў чацвёртай рэакцыі, можа быць выкарыстаны як субстрат у цыкле трикарбоновых кіслот. У ходзе сінтэзу Малатья з фумарат вылучаецца НАДФН, які дае ў выніку 3 малекулы АТФ.

Рэакцыя дезаминирования глутамата таксама гуляе ролю ў забеспячэнні клетак печані энергіяй. Пры гэтым вылучаюцца таксама 3 малекулы АТФ, якія ідуць на сінтэз мачавіны.

Рэгуляцыя актыўнасці орнитинового цыклу

У норме каскад рэакцый сінтэзу мачавіны функцыянуе на 60% ад магчымага значэння. Пры падвышаным утрыманні бялку ў ежы адбываецца паскарэнне рэакцый, што прыводзіць да павышэння агульнай ККД. Метабалічныя парушэнні орнитинового цыклу назіраюцца пры высокіх фізічных нагрузках і працяглым галаданні, калі арганізм пачынае расшчапляць ўласныя вавёркі.

Рэгуляванне працы орнитинового цыклу можа адбывацца і на біяхімічным узроўні. Тут мішэнню з'яўляецца асноўнай фермент карбамоилфосфат-синтетаза. Яго аллостерическим актыватарам з'яўляецца N-ацэтыл-глутамат. Пры яго вялікім змесце ў арганізме рэакцыі сінтэзу мачавіны працякаюць нармальна. Пры недахопе самага рэчыва або яго папярэднікаў, глутамата і ацэтыл-Коа, орнитиновый цыкл губляе сваю функцыянальную нагрузку.

Сувязь цыкла сінтэзу мачавіны і цыклу Кребса

Рэакцыі абодвух працэсаў працякаюць у матрікса мітахондрый. Гэта дае магчымасць удзельнічаць некаторым арганічным рэчывам ў двух біяхімічных працэсах.

СА ₂ і аденозинтрифосфат, якія ўтвараюцца ў цыкле цытрынавай кіслаты, з'яўляюцца папярэднікамі карбамоилфосфата. АТФ таксама з'яўляецца найважнейшым крыніцай энергіі.

Орнитиновый цыкл, рэакцыі якога працякаюць ў гепатацытаў печані, - гэта крыніца фумарат, аднаго з найважнейшых субстратаў ў цыкле Кребса. Больш за тое, гэта рэчыва ў выніку некалькіх паэтапных рэакцый дае пачатак аспартат, які, у сваю чаргу, выкарыстоўваецца ў біясінтэзе орнитинового цыклу. Рэакцыя з удзелам фумарат з'яўляецца крыніцай НАДФ, з дапамогай якога можна фосфорилировать АДФ да АТФ.

Біялагічны сэнс орнитинового цыклу

Пераважная частка азоту паступае ў арганізм у складзе бялкоў. У працэсе метабалізму амінакіслоты руйнуюцца, утворыцца аміяк як канчатковы прадукт абменных працэсаў. Орнитиновый цыкл - гэта некалькі паслядоўных рэакцый, галоўная задача якіх складаецца ў детоксікаціі NH ₃ з дапамогай яго пераводу ў мачавіну. Мачавіна, у сваю чаргу, паступае ў нефрона ныркі і выводзіцца з арганізма з мочой.

Акрамя таго, пабочны орнитиновый цыкл з'яўляецца крыніцай аргініна - адной з незаменных амінакіслот.

Парушэнні ў сінтэзе мачавіны можа прывесці да такога захворвання, як гипераммониемия. Гэтая паталогія характарызуецца падвышанай канцэнтрацыяй іёнаў амонія NH _{4 ⁺} у крыві чалавека. Гэтыя іёны адмоўна адбіваюцца на жыццядзейнасці арганізма, выключаючы або запавольваючы некаторыя важныя працэсы. Ігнараванне гэтага захворвання можа прывесці да смяротнага зыходу.