Цикл мочевины (орнитиновый цикл)
Образующийся в организме позвоночных аммиак (NH3) обезвреживается в цикле мочевины. В противоположность аммиаку мочевина нейтральное и нетоксическое соединение. Основными источниками образования NH3 являются:
1) трансдезаминирование аминокислот;
2) дезаминирование (отщепление аминогруппы) биогенных аминов;
3) распад пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований;
4) окислительное дезаминирование аминокислот (преимущественно глутамата);
5) дезамидирование глутамина и аспарагина;
6) поступление аммиака из кишечника в портальнюю вену (образуется при гниении белков в кишечнике).
Аммиак - токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего на ЦНС. Так, повышение концентрации аммиака (гипераммониемия) в мозге до 0,6 ммоль вызывает судороги. К симптомам гипераммониемии относят тремор, нечленораздельную речь, тошноту, рвоту, головокружение, судорожные припадки, потерю сознания. В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом.
Образующаяся из аммиака мочевина может проходить через мембрану (из-за небольших размеров ее молекулы). По этой причине, а также из за ее хорошей растворимости, молекула мочевины хорошо переносится кровью и выводится из организма. При этом при повышении количества потребляемых с пищей белков экскреция мочевины увеличивается. Мочевина синтезируется только в печени, что было установлено ещё в опытах И.Д. Павлова. Поражение печени и нарушение синтеза мочевины приводят к повышению содержания в крови и тканях аммиака и аминокислот (в первую очередь, глутамина и аланина).
История открытия цикла мочевины уходит в 1903 г., когда Коссель открыл фермент аргиназу, катализирующую процесс распада аргинина на орнитин и мочевину. В 1933 году Г. Кребс и Гензелейт обнаружили, что синтез мочевины ускоряется при добавлении в инкубационную среду орнитина. На этом основании они предложили существование циклического процесса, в котором орнитин превращается в аргинин и наоборот. В последующем были открыты остальные стадии это процесса.
Начальные стадии данного цикла протекают в митохондриях:
1
.
Образование карбамоилфосфата. Фермент
- карбамоилфосфатсинтетаза
(Е1).
Процесс
протекает при участии Mg2+.
2
.
Перенос карбомоилфосфата на орнитин.
Фермент - орнитинкарбамоилфосфаттрансфераза
(Е2)
с образованием цитрулина, который
выходит в цитозоль.
3. Взаимодействие цитрулина с аспарагиновой кислотой. Фермент аргининсукцинатсинтетаза (Е3) с образованием аргинин-янтарной кислоты (аргинино-сукцинат):
4
.
Распад аргинин-янтарной кислоты. Фермент
аргининсукцинатлиаза
(Е4)
с образованием аргинина и фумаровой
кислоты.
5. Гидролиз аргинина до мочевины (карбамид) и орнитина катализирует аргиназа (Е5).
Образование мочевины является частично циклическим процессом. Орнитин, участвующий в реакции 2, регенерируется в ходе реакции 5. Таким образом, ни потерь, ни накопления орнитина, цитруллина, аргининосукцината и аргинина в ходе синтеза мочевины не происходит; потребляются только ион аммония (аммиак), СО2 , 3 АТФ и аспартат .
Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ (см. рисунок ниже!!!).
Суммарное уравнение:
СО2 + NH3 + 3 АТФ + 2Н2О + аспартат → мочевина + 2 АДФ + 1 АМФ + 2Ф + 1ФФ + +фумарат
Для поэтов и ценителей рифмы:
В цитоплазме орнитин тихо плавает один,
Вот войдёт он в антипорт, там чего-нибудь найдёт.
Хоть карбомоилфосфат, цитруллином стать он рад,
И обратно он уйдёт в тот же самый антипорт.
Возвращается обратно, тут навстречу аспартат,
С АТФ-ом он устроит аргининосукцинат.
Так что всюду полетят аргинин и фумарат.
Аргинин гидролезнется, карбамид с него сорвется,
И останется один в цитоплазме орнитин.