Ureumcyclusfasen, enzymen, functie, regulering

Hij Ureumcyclus, Ook bekend als de ornithine -cyclus, is het een metabolisch proces waardoor ammonium (NH4+), geproduceerd tijdens het katabolisme van aminozuren, wordt omgezet in een product van uitscheiding en uit het lichaam geëlimineerd door urine in de vorm van urine in de vorm van urine.

Mensen, evenals vele andere landdieren, gebruiken een deel van de energie die ze hebben om aminozuren te kataboliseren, dat wil zeggen ze af te breken in kleinere "delen" en te verkrijgen van deze meer energie of moleculen voor de "constructie" van nieuwe verbindingen bruikbaar door hun cellen.

Over het algemeen komen de belangrijkste substraten voor dit doel voort uit de recycling van cel -eiwitten die worden afgebroken, van de darmafbraak van eiwitten die zijn ingenomen met voedsel en metabolisme van lichaamseiwitten, product van vasten of een pathologische toestand.

De eerste stap voor de afbraak van een aminozuur bestaat uit de "scheiding" van zijn aminogroepen van de rest van het koolstofskelet en in veel gevallen worden deze aminogroepen overgebracht naar een molecuul van a-bezetlutaraat om glutamaat door een Reactie van transaminatie.

Bij zoogdieren wordt glutamaat getransporteerd naar de mitochondria van levercellen, waarbij een enzym glutamaatdehydrogenase genaamd aminogroepen afgeeft van eerdere transaminatiereacties in de vorm van ammoniumionen (NH4+) (NH4+).

Ion ammonium (Bron: Roland Matter / Public Domain, via Wikimedia Commons)

In sommige stoffen wordt glutamaat niet gevormd, maar de aminogroepen worden getransporteerd als de glutaminegroep of als de A -aminogroep van alanine, wiens "hartzeer" -producten verschillende energiedoeleinden vervullen.

Ammoniumionen kunnen worden gebruikt voor de synthese van nieuwe aminozuren of andere stikstofverbindingen of kunnen op verschillende manieren uit het lichaam worden uitgescheiden.

Volgens de manier waarop ze de bovengenoemde aminogroepen elimineren, kunnen dieren worden geclassificeerd als:

- Ammonialicos: degenen die ze rechtstreeks uitdrijven als ammoniak (Over het algemeen watersoorten)

- Ureotelisch: Degenen die ze scheiden als ureum (Veel landdieren)

- Uricotelisch: Degenen die ze scheiden in de vorm van urinezuur (Vogels en reptielen)

De ureumcyclus is dan ook die is uitgevoerd.

[TOC]

Enzymen die betrokken zijn bij de ureumcyclus

De enzymen die deelnemen aan de "fixatie" van het ammonium in ureum zijn de volgende:

- Carbamoil synthetase fosfaat i, die deelneemt aan de synthese van carbamoilfosfaat uit bicarbonaat en ammoniumionen.

- Transcarbamilase ornithine, Dat katalyseert de overdracht van de carbamoilgroep van carbamoilfosfaat naar ornithine, waardoor citruline wordt gevormd.

- Argininosuccinatie synthetase, Dat katalyseert de condensatie van citruline met een aspartaatmolecuul, waardoor argininosuccinatie wordt gevormd

Kan u van dienst zijn: Lamarck -theorie over evolutie: oorsprong, postulaten, voorbeelden

- Argininosuccinatie liasa of argininosuccinase, essentieel voor de "snede" van argininosuccinatie bij arginine en fumaraat.

- Arginase, In staat om arginine om te zetten in ureum en ornitine.

Ureumcyclusfase

Ureumcyclus

De ureumcyclus, ontdekt door Hans Krebs en Kurt Henseleit in 1932, komt voor in levercellen, omdat de lever het orgaan is waarnaar alle vermaners die worden geproduceerd in de verschillende lichaamsweefsels die in de verschillende lichaamsweefsels worden geproduceerd, worden "gekanaliseerd".

Nadat ureum is geproduceerd uit ammonium, wordt dit door de bloedbaan naar de nieren getransporteerd, waar het samen met de urine wordt uitgezet als afvalmateriaal.

De cyclus bestaat uit 5 enzymatische stappen, waarvan er twee voorkomen in de mitochondria van de levercellen en 3 die eindigen in de cytosol.

Illustratie van een mitochondria

Eerste fase: gerststap

Het eerste dat zou moeten gebeuren zodat de ureumcyclus kan beginnen, is het transport van de liefdesionen naar de lever en naar de mitochondriale matrix van de hepatocyten.

Ammoniumionen kunnen afkomstig zijn van "transportband" moleculen zoals glutamaat.

Welke bron, de ammoniumionen die in de mitochondriën van de hepatocyten worden geproduceerd, worden echter snel omgezet in carbamoilfosfaat in een ATP-afhankelijke reactie, bij conjugerende met de bicarbonaationen (HCO3-) geproduceerd tijdens mitochondriale ademhalingsproblemen.

Deze reactie (gerst of activeringsreactie) wordt gekatalyseerd door het carbamoil -enzymsynthetase I en vereist de consumptie van 2 ATP -moleculen, als volgt:

Ammoniumionen (NH4 +) + bicarbonaationen (HCO3-) + 2Atp → Carbamoil fosfaat + 2ADP + PI

Tweede fase: introductie van het eerste stikstofatoom

Carbamoil -fosfaat functioneert als een donorcarbamoil geactiveerd en neemt deel aan de tweede reactie van de ureumcyclus, die bestaat uit de "donatie" of "levering" van hun carbamoilgroep aan de ornithine (C5H12N2O2), die een nieuwe verbinding voorkomt genaamd Citrulin (C6H13N3O3 )).

(1) Ornithine + carbamoilfosfaat → Citrulin + pi

Deze reactie wordt gekatalyseerd door het transcarbamilase ornithine -enzym, een molecuul anorganisch fosfaat en het resulterende product, citruline, wordt "verzonden" van de mitochondriale matrix naar de cytosol.

Citruline wordt vaak geïndiceerd in wetenschappelijke teksten zoals carbamoil -nitine, om te benadrukken dat het ornithine (een type dibasisch aminozuur) is, het molecuul in wiens basisstructuur de stikstofatomen die worden geëlimineerd door de ureumcyclus.

Derde fase: introductie van het tweede stikstofatoom

Een tweede stikstofatoom komt de ureumcyclus binnen vanuit het aspartaat, dat wordt gegenereerd in de mitochondria door transaminatie en wordt getransporteerd naar de cytoplasmatische ruimte. De reactie wordt gegeven aan de condensatie tussen de A -aminogroep van het aspartaat en de carbonylgroep van de citruline.

Kan u van dienst zijn: Flora en Fauna of Currents: meer representatieve soorten

In deze stap wordt het gevormd, in de cytosol, de argininosuccinatie en de reactie wordt gekatalyseerd door het enzym arginosuccinatie synthetase. In dit proces wordt een ander ATP-molecuul gebruikt en komt het voor via een tussenpersoon die bekend staat als Citrulil-samp.

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

(2b) Citrulil-SAMP + Aspartaat → Argininosuccination + amp

(3) Argininosuccinatie → fumaraat + arginine

In sommige teksten staan ​​deze reactiestappen bekend als 2a en 2b, en de derde reactie is in feite de omkeerbare reactie waardoor argininosuccinatie wordt gesneden om vrije arginine en fumaraat af te geven, ook bekend als argininosuccination liasa.

Fumarate kan de mitochondria invoeren en deel uitmaken van de Krebs -cyclus, terwijl arginine doorgaat in de ureumcyclus.

Vierde fase: ureumproductie

De arginine geproduceerd in het cytosol zoals we zojuist hebben besproken, dient als een substraat voor het enzym dat de laatste reactie van de ureumcyclus katalyseert: de arginase. Dit enzym is verantwoordelijk voor "snijden" arginine en produceert met ureum en ornithine.

- Bestemmingen van beide producten

Het "geregenereerde" ornithine wordt getransporteerd van de cytosol naar de mitochondria, waar het opnieuw kan deelnemen aan een andere ronde van de cyclus.

Ureum daarentegen wordt door de bloedbaan naar de nieren getransporteerd en wordt weggegooid met urine.

Functie

De ureumcyclus maakt de effectieve eliminatie van ammoniumionen mogelijk, waarvan de accumulatie potentieel giftig is voor vrijwel alle terrestrische dieren.

De hoeveelheid stikstofatomen die via deze metabole route worden geëlimineerd, hangt echter af van verschillende omstandigheden:

- Een eiwitrijk dieet impliceert bijvoorbeeld de consumptie van aminozuren als energiebrandstof, dus het leidt tot een grotere ureumproductie van overtollige aminogroepen.

- Langdurig vasten, dat vroeg of laat de afbraak van spiereiwitten activeert om energie te verkrijgen, resulteert ook.

Regulatie

De verschillende variaties in de activiteit van de ureumcyclus kunnen worden gegeven dankzij de regulatie van de synthesesnelheden van de vier enzymen van de cyclus en de carbamoil synthetische fosfaat I in de hepatocyten, die werkt in de eerste reactie van activering.

Bij dieren die langdurig vasten, of bij degenen die eiwitrijke diëten hebben, worden de 5 enzymen die bij de route betrokken zijn, met relatief hoge snelheden gesynthetiseerd, vergeleken met dieren die gevarieerde diëten hebben en die koolhydraten en vetten innemen.

Kan je dienen: flora en fauna van tamaulipas: meer representatieve soorten

Ondanks het bovenstaande worden deze enzymen ook alostérisch gereguleerd, bijvoorbeeld carbamoilfosfaatfosfaatsynthetase I wordt alestérisch geactiveerd door N-acetylglutamaat, dat wordt geproduceerd uit acetyl-CoA en glutamaat door het enzym N-acetylglutamaatssynthase, wiens activiteit is reguleren.

De synthesieniveaus van dit laatste enzym zijn afhankelijk van de hoeveelheid acetyl-CoA, glutamaat en arginine (zijn activator), dus deze moleculen nemen indirect deel aan de activering van de eerste stap van de ureumcyclus.

Ureumcyclusstoornissen

Talrijke aandoeningen of aandoeningen in de ureumcyclus zijn beschreven, die te maken hebben met genetische defecten die verband houden met de enzymen die de verschillende reactiestappen katalyseren en die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van bekende aandoeningen samen als hyperamonemieën.

Patiënten die aan deze aandoeningen lijden, bestrijken een breed scala van leeftijden, maar sommige ontwikkelen symptomen in de neonatale periode, tijdens de kindertijd en puberteit.

De klinische diagnose van deze pathologische aandoeningen wordt voornamelijk gedaan door het meten van de ammoniumconcentratie in bloedplasma en in het algemeen impliceert de accumulatie ervan de ontwikkeling van encefalopathieën, waarvan sommige dodelijk kunnen zijn of verwoestende neurologische gevolgen kunnen produceren.

De meest voorkomende aandoening is het tekort van het transcarbamilase -enzym, dat een erfelijk patroon heeft gekoppeld aan het X -chromosoom, terwijl de ziekten gerelateerd aan de andere enzymen autosomaal recessieve ziekten zijn, het minste is de tekort in het arginase -enzym.

Stoornissen in de neonatale periode

Baby's met tekortkomingen in de eerste 4 enzymen van de route worden geboren als "normale" baby's, maar in een paar dagen ontwikkelen ze de symptomen van een encefalopathie geproduceerd door overtollige ammoniumconcentratie. De symptomen zijn lethargie, uithongering en eindelijk eten.

Wanneer encefalopathie niet wordt behandeld, kan oedeem worden ontwikkeld, wat kan eindigen met de noodzaak van kunstmatige ademhalingsmiddelen.

Late aandoeningen

Het geval van patiënten met gedeeltelijke tekortkomingen in de enzymen van de ureumcyclus kan optreden, zodat de symptomen kunnen verschijnen tijdens de kindertijd, puberteit of volwassenheid.

Een van de meest voorkomende symptomen zijn "onverklaarbare komma's" en encefalopathieën waarvan de oorsprong wordt bevestigd door de kwantificering van bloedammonium.

Referenties

1. Brody, T. (1998). Voedingsbiochemie. Elsevier.
2. Burton, B. K. (2000). Ureumcyclusstoornissen. Klinieken bij leverziekte, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, een. L., & O'Brien, W. EN. (1986). Zoogdier ureumcyclus enzymen. Jaaroverzicht van Genetics, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. V. (2006). Stoornissen van de ureumcyclus en gerelateerde enzymen. Aangeboren metabole desones (PP. 263-272). Springer, Berlijn, Heidelberg.
5. Nelson, D. L., Lehninger, een. L., & Cox, m. M. (2008). Lehninger -principes van biochemie. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Stoornissen van aminozuurmetabolisme. In basisneurochemie (pp. 737-754). Academische pers.