Cykl mocznikowy. Przyczyny toksyczności amoniaku.
Cykl mocznikowy, inaczej cykl ornitynowy czy mocznikowy cykl Krebsa jest cyklem w wyniku którego przy udziale aminokwasów takich jak ornityna, argininobursztynian i cytrulina zachodzi proces urogenezy, czyli synteza mocznika, która zachodzi przede wszystkim w wątrobie i z niewielkim natężeniem w mózgu. W nerkach występują tylko niektóre enzymy cyklu mocznikowego. Mocznik jest głównym końcowym produktem przemian substancji azotowych u ssaków i ptaków lądowych. Jeszcze można wspomnieć o tym, że enzymy cuklu można spotkać w przedżołądkach przeżuwaczy, ale ich ilości tam są bardzo małe, w porównaniu z wątrobą, więc ich rola w wytwarzaniu mocznika jest niewielka.
Procesy cyklu mocznikowego są częściowo zlokalizowane w mitochondriach, a częściowo w cytozolu.
mocznik tworzy się z amoniaku, CO2 i asparaginianu (później) w reakcjach cyklu
Pierwszym etapem jest wytworzenie karbamoilofosforanu przy udziale enzymu syntetazy karbamoilofosforanowej, występującego w wątrobie wszystkich organizmów ureotelicznych, łącznie z człowiekiem. Niezbędnym kofaktorem do zajścia tej reakcji jest u ssaków N-acetyloaglutaminian, który powoduję głęboką zmianę konformacyjną w strukturze syntetazy karbamoilofosforanowej, w wyniku której pewne grupy sulfhydrylowe zostają wyeksponowane, inne schowane, a ponadto wpływa on na powinowactwo enzymu do ATP. Dwie cząsteczki ATP ulegające w tym czasie hydrolizie dostarczają siły napędowej do syntezy dwóch wiązań kowalencyjnych w karbamoilofosforanie- wiązania amidowego i mieszanego wiązania utworzonego między kwasem karboksylowym a bezwodnikiem kwasu fosforowego. Reakcja syntezy karbamoilofosforanu jest w tej sytuacji nieodwracalna. Syntetaza karbamoilofosforanowa działa w połączeniu (współdziała) z mitochondrialną dehydrogenazą glutaminianowa, która przenosi azot z glutaminianu , i tym samym z wszystkich aminokwasów na karboilofosforan i w końcu na mocznik.
Karbamoilofosforan ulega reakcji kondensacji z ornityną i tworzy cytrulinę. Zachodzi to wskutek przeniesienia reszty karbamoilowej z karbamoilofosforanu na grupę 5-aminową ornityny. Przemiana ta zachodzi przy udziale enzymu- karbamoilotransferazy L-ornitynowej z mitochondriów wątroby.
Kondensacja cytruliny z asparaginianem
Powstała cytrulina przechodzi do cytozolu, gdzie w reakcji katalizowanej przez syntetazę argininobursztynianową asparaginian i cytrulina łączą się razem prze grupę aminową asparaginianu tworząc argininobursztynian. Reakcja ta wymaga ATP, który ulega przy tym hydrolizie do AMP i difosforanu. (równowaga przechyla się w stronę argininobursztynianu.
Rozszczepienie argininobursztynianu
Rozszczepienie argininobursztynianu jest reakcją odrwacalną. Doprowadza do wytworzenia argininy i fumaranu. Katalizowana jest przez enzym liaza argininobursztnianowa- enzym watroby i nerek ssaków. Podczas tej przemiany, azot z grupy NH2 zostaje przekazany do powstającej grupy guanidynowej argininy. Utworzony fumaran może w reakcjach katalizowanych przez hydratazę (do jabłczanu) i dehydrogenazę jabłczanową przekształcić się w szczawiooctan, który ulega transaminacji, regenerując asparaginian.
Rozszczepienie argininy
Reakcją zamykającą cykl mocznikowy jest hydrolityczne rozszczepienie grupy guanidynowej argininy przez arginazę, na mocznik i ornitynę. Enzym Arginaza występuje w wątrobie ssaków. Mniejsze jej ilości występują również w nerkach, mózgu , gruczołach sutkowych, skórze i w innych.
Jest to proces kosztowny energetycznie, ponieważ wytworzenie 1 cząst. Mocznika wymaga wkładu energetycznego trzech moli ATP. Dwa mole zużywane są do syntezy karbamoilofosforanu (2 cz. ATP do 2 cząst. ADP) a jeden mol zużywany jest do syntezy arginylobursztynianu i w tym przypadku ATP przekształca się w AMP. Jest to cykl niezbędny w celu usuwania toksycznego amoniaku.
(W wyniku pełnego obrotu cyklu z jednej cząsteczki Co2 i dwóch cząsteczek NH3 tworzy się cząsteczka mocznika Na jego syntezę zużywane są aż 4 wiązania makroergiczne (trzy w wyniku hydrolizy ATP oraz jedno podczas hydrolizy difosforanu). Jest to z jednej strony energiczie kosztowne, ale z drugiej strony konieczne, ze względu na toksyczność amoinaku jako produktu katabolicznych przemian aminokwasów oraz deaminacji AMP i GMP.)
Istotnym miejscem cykly jest synteza fumaranu, która jest reakcją zazębiającą- czyli łączącą cykl moćznikowy z cyklem Krebsa. (KWASU CYTRYNOWEGO)
Regulacja
Zalezy od :
-właściowości enzymów
-stężenia ich efektorów
-źródła ATP i amoniaku.
[tekst z prezentacji]
Amoniak może dysocjować w kierunku silnej zasady w pH 7,4 - 90% amoniaku w formie protonowej. NH3 + NH4+ + OH-. Silna zasada powoduje alkalizację płynów komórkowych. Stanowi to zagrożenie dla enzymów (zmniejszenie zdolności działania enzymówi powstania produktów)
Duże stężenie amoniaku skierowuję reakcję katalizowaną przez dehydrogenazę 2-oksoglutaranu w kierunku syntezy glutaminianu, a więc w kierunku maksymalnego wykorzystywania 2-oksoglutaranu głównego metabolitu.Taki proces powoduje zakłócenie przemian energetycznych w komórce.
Amoniak silnie wpływa na funkcje błon komórkowych ,na aktywny transport kationów jednowartościowych
a) NH4+ blokuje grupy karboksylowe
b) Blokuje struktury białek (m.in. Enzymów)
c) Blokuje pompę ->wapniową; wapniowo->magnezową: sodowo-> potasową
Amoniak występujący w powietrzu pomieszczeń ze zwierzętami dostaje się do krwi i następnie może powodować powyższe procesy na poziomie molekularnym.