Ureacykelstadier, enzymer, funktion, reglering

han Ureycykel, Även känd som ornitincykeln är det en metabolisk process genom vilken ammonium (NH4+), producerad under katabolismen av aminosyror, förvandlas till en produkt av utsöndring och elimineras från kroppen genom urin i form av urea.

Människor, liksom många andra landdjur, använder en del av den energi de måste för att katabolisera aminosyror, det vill säga för att försämra dem i mindre "delar" och få från dessa mer energi eller molekyler för "konstruktionen" av nya föreningar användbart av deras celler.

I allmänhet kommer de viktigaste substraten för detta ändamål från återvinning av cellproteiner som försämras, från tarmnedbrytningen av proteiner som intas med mat och metabolism av kroppsproteiner, produkt av fasta eller något patologiskt tillstånd.

Det första steget för nedbrytning av en aminosyran består av "separationen" av dess aminogrupper från resten av kolskelettet och i många fall överförs dessa aminogrupper till en molekyl av a-zetoglutarat för att bilda glutamat genom ett transamineringsreaktion.

Hos däggdjur transporteras glutamat till mitokondrierna i leverceller, där ett enzym som kallas glutamatdehydrogenas frigör aminogrupper från tidigare transaminationsreaktioner i form av ammoniumjoner (NH4+).

Ion Ammonium (Källa: Roland Mattern / Public Domain, via Wikimedia Commons)

I vissa tyger bildas inte glutamat, men aminogrupperna transporteras som glutamingruppen eller som en aminogrupp av alanin, vars "hjärtskador" -produkter uppfyller olika energisyften.

Ammoniumjoner kan användas för syntes av nya aminosyror eller andra kväveföreningar eller kan utsöndras från kroppen på olika sätt.

Enligt hur de eliminerar de ovannämnda aminogrupperna kan djur klassificeras som:

- Ammoniak: de som utsöndrar dem direkt som ammoniak (i allmänhet vattenlevande arter)

- Ureotelisk: de som utsöndrar dem som urea (Många landdjur)

- Urik: De som utsöndrar dem i form av urinsyra (Fåglar och reptiler)

Ureacykeln är då den som utförs.

[TOC]

Enzymer involverade i ureacykeln

Enzymerna som deltar i "fixeringen" av ammoniumet i urea är följande:

- Karbamoilsyntetasfosfat i, som deltar i syntesen av karbamoilfosfat från bikarbonat- och ammoniumjoner.

- Transkarbamilas ornitin, Det katalyserar överföringen av karbamoilgruppen från carbamoilfosfat till ornitin och bildar citrulin.

- Arginosuccinationssyntetas, som katalyserar kondensationen av citrulin med en aspartatmolekyl och bildar arginosuccination

Kan tjäna dig: Lamarck -teorin om evolution: ursprung, postulat, exempel

- Argininosuccination liasa eller arginosuccinas, Väsentligt för "snittet" av arginosuccination i arginin och fumarat.

- Arginas, Kunna omvandla arginin till urea och ornitin.

Ureycykelsteg

Ureycykel

Ureacykeln, upptäckt av Hans Krebs och Kurt Henseleit 1932, förekommer i leverceller, eftersom levern är det organ som alla förmaningar som produceras i de olika kroppsvävnaderna som produceras i de olika kroppsvävnaderna är "kanaliserade".

Efter att urea har producerats från ammonium, transporteras detta av blodomloppet till njurarna, där den utvisas tillsammans med urinen som avfallsmaterial.

Cykeln består av 5 enzymatiska steg, varav två förekommer i mitokondrierna i levercellerna och 3 som slutar i cytosolen.

Illustration av en mitokondri

Första steget: kornsteg

Det första som borde hända så att ureacykeln kan börja är transport av kärleksjonerna till levern och mot mitokondriell matris för hepatocyterna.

Ammoniumjoner kan härledas från "transportör" -molekyler som glutamat.

Oavsett vilken källa som ammoniumjoner som produceras i mitokondrierna i hepatocyterna omvandlas emellertid snabbt till karbamoilfosfat till en ATP-beroende reaktion, när man konjugerar med bikarbonatjonerna (HCO3-) produceras under mitokondriell andning.

Denna reaktion (korn eller aktiveringsreaktion) katalyseras av karbamoilenzymsyntetas I och kräver konsumtion av 2 ATP -molekyler, enligt följande:

Ammoniumjoner (NH4 +) + bikarbonatjoner (HCO3-) + 2ATP → karbamoilfosfat + 2adp + pi

Andra steg: Introduktion av den första kväveatomen

Carbamoil -fosfat fungerar som en givarkarbamoil aktiverad och deltar i den andra reaktionen av ureacykeln, som består av "donationen" eller "leverans" av deras karbamoilgrupp till ornitinen (C5H12N2O2), som förekommer en ny förening som kallas citrulin (C6H13N3O3 ).

(1) Ornitin + karbamoilfosfat → Citrulin + PI

Denna reaktion katalyseras av transcarbamilas -ornitinenzymet, en molekyl av oorganiskt fosfat och den resulterande produkten, citrulin, "skickas" från mitokondriell matris till cytosolen.

Citrulin indikeras ofta i vetenskapliga texter såsom karbamoil -ornitin, för att betona det faktum att det är ornitin (en typ av dibasisk aminosyra) molekylen i vars grundstruktur kväveatomerna som elimineras genom ureacykeln.

Tredje steg: Introduktion av den andra kväveatomen

En andra kväveatom kommer in i ureacykeln från aspartatet, som genereras i mitokondrierna genom transaminering och transporteras till det cytoplasmiska rymden. Reaktionen ges tack vare kondensationen mellan A Amino Group of the Aspartate och Carbonyl Group of the Citrulin.

Kan tjäna dig: Flora och fauna av strömmar: Mer representativa arter

I detta steg bildas det, i cytosolen, arginosuccinationen, och reaktionen katalyseras av enzymet arginosuccinationssyntetas. I denna process används en annan ATP-molekyl och den sker genom en mellanhand känd som Citrulil-Samp.

(2a) Citrulin + ATP → Citrulil-SAMP + PPI (pyrofosfat)

(2B) Citrulil-Samp + Aspartate → ArginoSuccination + amp

(3) Argininosuccination → Fumarat + arginin

I vissa texter kallas dessa reaktionssteg som 2A och 2B, och den tredje reaktionen är i själva verket den reversibla reaktionen genom vilken arginosuccination skärs för att frigöra fri arginin och fumarat, även känd som arginosuccination liasa.

Fumarat kan komma in i mitokondrierna och vara en del av Krebs -cykeln, medan arginin fortsätter i ureacykeln.

Fjärde steget: Urea -produktion

Den arginin som produceras i cytosolen som vi just har diskuterat fungerar som ett substrat för enzymet som katalyserar den sista reaktionen i ureacykeln: arginaset. Detta enzym är ansvarigt för att "klippa" arginin och producera med urea och ornitin.

- Destinationer för båda produkterna

Den "regenererade" ornitinen transporteras från cytosolen till mitokondrierna, där den kan delta igen i en annan omgång av cykeln.

Urea, å andra sidan, transporteras till njurarna av blodomloppet och kasseras med urin.

Fungera

Ureacykeln möjliggör effektiv eliminering av ammoniumjoner, vars ansamling är potentiellt giftigt för praktiskt taget alla markdjur.

Mängden kväveatomer som elimineras genom denna metaboliska väg beror emellertid på olika förhållanden:

- En protein -rich diet, till exempel, innebär konsumtion av aminosyror som energibränsle, så det leder till större ureaproduktion från överskottsminogrupper.

- Långvarig fasta, som förr eller senare aktiverar nedbrytningen av muskelproteiner för att erhålla energi, också resultat.

Reglering

De olika variationerna i aktiviteten i ureacykeln kan ges tack vare regleringen av synteshastigheterna för de fyra enzymerna i cykeln och karbamoilsyntetiska fosfat I i hepatocyterna, som verkar i den initiala reaktionen av aktivering.

Hos djur som snabbt under långvariga tider, eller hos dem som har protein -rika dieter, syntetiseras de 5 enzymer som är involverade i rutten med relativt höga hastigheter, jämfört med djur som har varierande dieter och som intar kolhydrater och fetter.

Kan tjäna dig: Flora och fauna av Tamaulipas: Mer representativa arter

In spite of the above, these enzymes are also regulated alostérically, for example, carbamoil phosphate synthetase i is alestérically activated by N-acetylglutamate, which is produced from acetyl-coa and glutamate by the enzyme N-acetylglutamate synthase, whose activity It is merely reglerande.

Syntesnivåerna för detta sista enzym beror på mängden acetyl-CoA, glutamat och arginin (dess aktivator), så dessa molekyler deltar indirekt i aktiveringen av det första steget i ureycykeln.

Ureacykelstörningar

Många störningar eller störningar i ureacykeln har beskrivits, som har att göra med genetiska defekter relaterade till enzymerna som katalyserar de olika reaktionsstegen och som är ansvariga för utvecklingen av kända förhållanden tillsammans som hyperamonemias.

Patienter som lider av dessa störningar täcker ett brett spektrum av åldrar, men vissa utvecklar dock symtom under den nyfödda perioden under barndomen och puberteten.

Den kliniska diagnosen av dessa patologiska tillstånd görs främst genom att mäta ammoniumkoncentration i blodplasma och i allmänhet innebär dess ackumulering utvecklingen av encefalopatier, av vilka några kan vara dödliga eller producera förödande neurologiska följder.

Den vanligaste störningen är bristen på transcarbamilasenzymet, som har ett ärftligt mönster kopplat till X -kromosomen, medan sjukdomarna relaterade till de andra enzymerna är autosomala recessiva sjukdomar, den minsta är bristen i arginasenzymet.

Störningar under den nyfödda perioden

Spädbarn med brister i de första fyra enzymerna i rutten föds som "normala" spädbarn, men på några dagar utvecklar de symtomen på en encefalopati som produceras av överskott av ammoniumkoncentration. Symtomen är slöhet, svält och äter slutligen.

När encefalopati inte behandlas kan ödem utvecklas, vilket kan sluta med behovet av konstgjorda respiratorer.

Sena störningar

Fallet av patienter som har partiella brister i enzymerna i ureacykeln kan uppstå, så symtomen kan dyka upp under barndom, pubertet eller vuxen ålder.

Bland de vanligaste symtomen är "oförklarliga komma" och encefalopatier vars ursprung bekräftas genom kvantifiering av blodammonium.

Referenser

1. Brody, T. (1998). Näringsbiokemi. Annars.
2. Burton, b. K. (2000). Ureacykelstörningar. Kliniker i leversjukdom, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, W. OCH. (1986). Däggdjurscykelenzymer. Årlig översyn av genetik, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. V. (2006). Störningar i ureacykeln och relaterade enzymer. Innödda metaboliska desones (pp. 263-272). Springer, Berlin, Heidelberg.
5. Nelson, D. L., Lehninger, a. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger principer för biokemi. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Störningar i aminosyrametabolism. I grundläggande neurokemi (pp. 737-754). Akademisk press.