Močovinový cyklus

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Schéma močovinového cyklu

Močovinový cyklus, také ornitinový cyklus, je metabolickým cyklem, který pomáhá tělu zbavovat se nadbytečného dusíku. Ten je zakomponován do močoviny a posléze v moči vyloučen ven. Močovinový cyklus slouží k ochraně organismu před toxickými účinky amoniaku (čpavku). Močovina, do které je amoniak zabudováván, je výrazně méně toxická. Močovinový cyklus probíhá hlavně v játrech, přičemž část cyklu se odehrává v mitochondrii a druhá část v cytoplazmě.

Souhrn močovinového cyklu lze zapsat:

HCO3- + NH3 + Asp + 3ATP → CO(NH2)2 + fumarát + 2ADP +1AMP + 2Pi+ 1PPi

Vylučování dusíku[editovat | editovat zdroj]

Nadbytečný dusík organismy vylučují třemi způsoby[1] - ve formě:

  • amoniaku (čpavku) - vodní živočichové - amoniak, který je primárním dusíkatým produktem při odbourávání aminokyselin, je neurotoxický a pro jeho účinné vylučování je zapotřebí velké množství vody a relativně pomalého metabolismu.
  • močovinysavci – je minimálně toxická, pro její vylučování je zapotřebí relativně malého objemu vody (v porovnání s amoniakem)
  • kyseliny močovéplazi, ptáci, hmyz – je ve vodě málo rozpustná, při jejím vylučování dochází k minimálním ztrátám vody. Kyselina močová je i finálním produktem degradace purinových nukleotidů u některých živočichů

Vznik amoniaku pro močovinový cyklus[editovat | editovat zdroj]

Aminokyseliny získané ať už z potravy nebo degradací proteinů v buňce jsou buď znovu využity k syntéze proteinů, nebo odbourány za zisku energie. Prvním krokem pro jejich odbourání je deaminace – zbavení aminoskupiny. Aminoskupina je přeměněna v procesu transaminace na oxoskupinu (keto skupinu) a aminokyseliny jsou pak dále odbourávány příslušnými biochemickými dráhami.

Transaminací se nicméně amino skupina ve skutečnosti neodstraňuje, je pouze přenášena. K odstranění amino skupiny z molekuly pak slouží oxidační deaminace L-glutamátu (kyseliny glutamové), při které je aminoskupina oxidována na iminoskupinu, která poté spontánně hydrolyzuje za vzniku amoniaku a hydroxylové skupiny. Enzym, který tuto reakci katalyzuje se nazývá glutamátdehydrogenáza.

Průběh močovinového cyklu[editovat | editovat zdroj]

Amoniak vzniklý při oxidační deaminaci je vázán při močovinovém cyklu do močoviny, čímž se zabrání jeho toxickému působení. Fixace amoniaku je zahájena v mitochondriálním matrix. V cytoplazmě se pak ke vznikající močovině přidá dusík z aspartátu (kyseliny asparagové) a dojde k uvolnění močoviny a regeneraci vstupních látek (ornitinu)

  • Místo amoniaku vzniklého oxidační deaminací glutamátu může sloužit jako zdroj dusíku pro syntézu karbamoylfosfátu také glutamin.

Mitochondrie[editovat | editovat zdroj]

mitochondrie
  • Amoniak je v mitochondriálním matrix fixován za spotřeby dvou molekul ATP do sloučeniny karbamoylfosfátu. Karbamoylfosfát pak je konjugován s ornitinem za vzniku citrulinu, který je pak přenesen pomocí specifického přenašeče do cytoplazmy.
  • Amoniak ve vzniklém karbamoylfosfátu je zdrojem jednoho z dusíků ve vznikající močovině.

syntéza karbamoylfosfátu

Cytoplazma[editovat | editovat zdroj]

  • Citrulin je po přenesení do cytoplazmy konjugován za spotřeby 2 ekvivalentů ATP s aspartátem – zdrojem druhého dusíku ve vznikající močovině – za vzniku argininosukcinátu.
  • Argininosukcinát je dále štěpen enzymem argininosukcinázou (argininosukcinát lyázou) za vzniku aminokyseliny argininu a fumarátu (který je dále v citrátovém cyklu přeměněn na oxalacetát, který lze transaminací převést zpět na aspartát).
  • Vzniklý arginin je enzymem arginázou hydrolyticky rozštěpen na močovinu a ornitin. Ornitin je přenesen do mitochodnriální matrix a celý cyklus se uzavře.

Enzymy močovinového cyklu[editovat | editovat zdroj]

Seznam enzymů močovinového cyklu
název zkratka katalyzovaná reakce lokalizace v buňce
karbamoylfosfát syntétáza CPS1 NH4+ + HCO3-+2ATP → karbamoylfosfát + 2ADP+ Pi mitochondrie
ornitin transkarbamoyláza OTC karbamoylfosfát + ornitin → citrulin + Pi mitochondrie
argininosukcinát syntetáza ASS citrulin + aspartát + ATP → argininosukcinát + AMP + PPi cytoplazma
argininosukcináza (argininosukcinát lyáza ASL argininosukcinát → arginin a fumarát cytoplazma
argináza ARG1 arginin → močovina + ornitin cytoplazma

Regulace močovinového cyklu[editovat | editovat zdroj]

Vylučování nadbytečného dusíku musí být velmi přísně kontrolováno, protože i minimální nárůst koncentrace amoniaku je pro tělo velikou zátěží. Klíčovým bodem je aktivita enzymu karbamoylfosfát syntetázy, která je aktivována N-acetylglutamátem. N-acetylglutamát je syntetizován v jaterních mitochondriích z L-glutamátu a Acetyl-CoA. Nárůst koncentrace glutamátu (jako odpověď na zvýšenou degradaci aminokyselin) vede k nárůstu koncentrace N-acetylglutamátu. Tento regulační systém je ještě zesílen působením enzymu glutaminázy, který rozkládá L-glutamin na L-glutamát a amoniak, čímž způsobuje nárůst koncentrace glutamátu. Navíc tento enzym je aktivován svým vlastním produktem - amoniakem (příklad pozitivní zpětné vazby). Koncentrace glutaminu také kopíruje intenzitu rozkladu aminokyselin (glutamin je vedle glutamátu a aspartátu další aminokyselinou, která je schopná vyvazovat amoniak).[2]

Rozklad močoviny[editovat | editovat zdroj]

Působením bakterií (resp. jejich enzymu ureázy), dochází k rozkladu močoviny na amoniak a oxid uhličitý. Uvolněný amoniak pak způsobuje charakteristický dráždivý zápach odstáté moči. Amoniak může být použit rostlinami i bakteriemi na výstavbu aminokyselin, nebo je oxidován bakteriemi na molekulární dusík (N2) (popř. dusičnany) [3].

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Postlethwalt JH,Hopson JL, "Modern Biology" (2006) Hort, Rinehart, Winston, ISBN 0-03-065178-6
  2. John T. Brosnan "Glutamate, at the Interface between Amino Acid and Carbohydrate Metabolism"J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):988S-90S.
  3. Prescott LM, Harley JP, Klein DA. "Microbiology", 3rd edition, 1996 Times Mirror Higher Education Group, Inc, ISBN 0-697-29390-4

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Voet D., Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, ISBN 0-471-74268-6
  • Lodish at al, "Molecular cell biology" 5th edition, 2004, W.H. Freeman and Company, ISBN 0-7167-4366-3

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]