Орнітиновий цикл (цикл сечовини)

1 . На першому етапі аміак реагує з СО₂ з утворенням карбамоїлфосфату. Для синтезу цієї сполуки в організмі ссавців витрачається дві молекули АТФ. Ця реакція каталізується ферментом карбамоїлфосфатсинтетазою:

2 . На наступному етапі карбамоїлфосфат реагує з орнітином, віддаючи йому карбонільну групу. Внаслідок реакції, що каталізується ферментом орнітинтранскарбамоїлазою, утворюються цитрулін і фосфорна кислота;

3. Другою аміногрупою, що вступає в цикл сечовини, є аміногрупа аспарагінової кислоти, яка може утворюватися з глутамінової в результаті реакції трансамінування з щавлево-оцтовою кислотою. Аміногрупа аспарагінової кислоти конденсується з карбонільним атомом вуглецю молекули цитруліну за рахунок енергії АТФ. Внаслідок реакції утворюється аргініноянтарна кислота (аргініносукцинат); ця реакція каталізується ферментом аргініносукцинат-синтетазою:

4 . Далі аргініноянтарна кислота ферментативно розщеплюється під дією аргініносукцинатліази з утворенням аргініну і фумарової кислоти

5. Фумарова кислота перетворюється в циклі трикарбонових кислот. За допомогою попередніх реакцій у клітинах синтезується амінокислота аргінін. В організмі ссавців і людини є фермент аргіназа, що каталізує реакцію відщеплення сечовини від аргініну з регенерацією орнітину:

Орнітин знову може включитись в орнітиновий цикл.

Отже, сумарне рівняння циклу сечовини має вигляд:

2NH₃ + CO₂ + 3ATФ + 3H₂O  H₂N – CO – NH₂ + 2AДФ + 2H₃PO₄ + АМФ + H₄P₂O₇

Оскільки пірофосфат гідролізується до фосфату, то на утворення однієї молекули сечовини витрачається чотири високоенергетичних фосфатних зв'язків АТФ.

Біосинтез амінокислот

В живому організмі легко синтезуються амінокислоти. У зв’язку з їх важливою роллю організм виробив різноманітні шляхи їх синтезу.

Амінокислоти можуть утворюватись шляхом азотфіксації.

Деякі із мікроорганізмів, що живуть у ґрунті, здатні засвоювати молекулярний азот повітря та перетворювати його в амінокислоти та білки. Це процес азотфіксації. Першим продуктом засвоєння молекулярного азоту бактеріями є аміак, який потім вступає у реакції з різними продуктами перетворення вуглеводів та дає амінокислоти.

Представниками ґрунтових бактерій, здатних до асиміляції азоту є анаероби Clostridium та аероби Azotobacter. До азотфіксації здатні також деякі мікроводорості (ціанобактерії), деякі вищі рослини (водяна папороть Azolla використовується у В’єтнамі на рисових полях, оскільки в листях його живуть симбіотичні організми – ціанобактерії, завдяки цьому рисові поля збагачуються азотом, врожайність підвищується). Існують також бактерії – симбіонти бобових (сої, люцерни, люпину), які також здатні до азотфіксації.

Амінокислоти синтезуються з неорганічних азотистих сполук аміаку та нітратів. Нітрати під дією нітратредуктази спершу відновлюються до нітритів, потім під впливом нітритредуктази – до аміака.

NO₃^–  NO₂^–  NH₄⁺

нітратредуктаза нітритредуктаза

Після чого аміак вступає в взаємодію з продуктами обміну вуглеводів і утворюють амінокислоти.

Шляхи утворення амінокислот:

– відновне амінування кетокислот:

дегідрогеназа

R – CО – COOН + NH₃ +НАДН₂  R – CHNH₂ – СООН + НАД + Н₂О

кетокислота амінокислота

– пряме амінування ненасичених карбонових кислот:

ліаза

СООН – CН = СН – COOН + NH₃  НООС – CH₂ – СНNH₂ – СООН

фумарова к-та аспарагінова к-та

Також амінокислоти можуть відносно легко взаємоперетворюватись:

– переамінування (глютамінова – з α-кетоглутарової та якоїсь амінокислоти;

– декарбоксилювання (аланін з аспарагінової кислоти).