Močovinový cyklus

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. prosince 2017; kontroly vyžadují 7 úprav .

Močovinový cyklus nebo ornitinový cyklus ( Krebs-Henseleitův cyklus ) je sled biochemických reakcí u savců a některých ryb , v důsledku kterých se produkty rozpadu obsahující dusík přeměňují na močovinu , která je zase vylučována ledvinami . Ve většině případů probíhá přeměna amoniaku tímto způsobem . U ptáků a plazů není konečným produktem vylučování močovina, ale kyselina močová . Obojživelníci a většina ryb nepřeměňují čpavek na jiné sloučeniny, protože v důsledku neustálého kontaktu s vodou se čpavek rychle odstraňuje z těla žábrami nebo povrchem kůže v důsledku osmózy . Poprvé popsal Hans Krebs v roce 1932.

Biologický význam

Potřeba tohoto cyklu reakcí vyplývá ze skutečnosti, že vysoké koncentrace amoniaku, vznikající ve velkých množstvích v důsledku degradace nukleotidů , mají tlumivý účinek na neurony . Močovina je neutrální sloučenina s malou velikostí a vysokou rozpustností ve fyziologických tekutinách, je schopna snadno pronikat biologickými membránami , je snadno přenášena krví a vylučována močí .

Lokalizace

Reakce močovinového cyklu jsou lokalizovány výhradně v jaterních buňkách a probíhají částečně v mitochondriích a částečně v cytosolu , což vede k potřebě přenašečů .

Průběh reakcí

Reakce v mitochondriích

Bezprostředně před cyklem dochází k tvorbě karbamoylfosfátu z amoniaku , vody a oxidu uhličitého za účasti enzymu karbamoylfosfátsyntetázy (v diagramu neznázorněno). Tato reakce probíhá s vynaložením energie dvou molekul ATP a tvorbou dvou molekul ADP .
Za účasti ornithinkarbomoyltransferázy ( ornithintranskarbomoylázy ) se karbamoylfosfátový zbytek naváže na molekulu ornithinu , což vede ke vzniku molekuly citrulinu , která se přenese do cytosolu .

Reakce v cytoplazmě

V cytoplazmě tvoří citrulin s kyselinou asparagovou za účasti enzymu arginin sukcinátsyntetázy společně argininosukcinát . Tato reakce spotřebovává energii na přeměnu jedné molekuly ATP na AMP (což je ekvivalentní přeměně dvou molekul ATP na ADP). Pyrofosforečnan vzniklý během reakce se hydrolyzuje, aby se zajistila nevratnost procesu (neznázorněno v diagramu).

Působením enzymu argininosukcinátlyázy se argininosukcinát rozkládá na fumarát a arginin .

Arginin je zase hydrolyzován za účasti arginázy (argininhydrolázy) za vzniku močoviny a ornithinu , které jsou okamžitě přeneseny do mitochondrií a cyklus se znovu opakuje.

Celková reakční rovnice

NH 3 + CO 2 + 3ATP + kyselina asparagová + 2H 2 O → močovina + fumarát + 2ADP + 2F n + AMP + FF n

Energetický výtěžek cyklu je cenou čtyř makroergických vazeb na molekulu močoviny, protože pyrofosfát se dále přeměňuje na fosfát .

Je třeba poznamenat, že molekula fumarátu získaná v průběhu reakce argininosukcinázy snižuje energetické náklady cyklu. Fumarát, který reaguje s molekulou vody v cytosolu, poskytuje malát . Malát vstupuje do Krebsova cyklu a je oxidován pomocí NAD. Produkty této reakce jsou NADH a oxalacetát. NADH vstupuje do respiračního řetězce transportu elektronů . Oxidace NADH produkuje přibližně 2,5 molekuly ATP, takže cena cyklu močoviny po těchto dalších reakcích je 1,5 molekuly ATP.

Klinický význam

Poruchy cyklu močoviny, například v důsledku mutací v genech kódujících enzymy zapojené do cyklu , vedou k onemocněním cyklu močoviny . Většina těchto onemocnění vede k hyperamonémii .