Močovinový cyklus

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Schéma močovinového cyklu

Močovinový cyklus alebo ornitínový cyklus je metabolický cyklus, ktorý pomáha telu zbavovať sa nadbytočného dusíka. Ten je zakomponovaný do močoviny a následne v moči vylúčený von. Močovinový cyklus slúži ochrane organizmu pred toxickými účinkami amoniaku (čpavku). Močovina, do ktorej je amoniak zabudovaný, je totiž výrazne menej toxická. Močovinový cyklus prebieha hlavne v pečeni, pričom časť sa odohráva v mitochondriách a časť v cytoplazme.

Súhrn močovinového cyklu je možné skrátene vyjadriť ako:

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

Vylučovanie dusíka[upraviť | upraviť zdroj]

Nadbytočný dusík organizmy vylučujú tromi spôsobmi vo forme:[1]:

  • amoniaku (čpavku) - vodné živočíchy - amoniak, ktorý je primárnym dusíkatým produktom pri odbúravaní aminokyselín, je neurotoxický a pre jeho účinné vylučovanie je potrebné veľké množstvo vody a relatívne pomalý metabolizmus.
  • močovinycicavce – je minimálne toxická, pre jej vylučovanie je potrebný relatívne malý objem vody (v porovnaní s amoniakom)
  • kyseliny močovejplazy, vtáky, hmyz – je vo vode málo rozpustná, pri jej vylučovaní dochádza k minimálnym stratám vody. Kyselina močová je i konečným produktom degradácie purínových nukleotidov niektorých živočíchov

Vznik amoniaku pre močovinový cyklus[upraviť | upraviť zdroj]

Aminokyseliny získané z potravy alebo degradáciou proteínov v bunke sú buď opätovne využívané k proteosyntéze proteínov alebo sú odbúravané za zisku energie. Prvým krokom pre ich odbúranie je deaminácia – odštiepenie aminoskupiny. Aminoskupina je premieňaná v procese transaminácie na oxoskupinu (ketoskupinu) a aminokyseliny sú potom ďalej odštiepiteľné príslušnými biochemickými dráhami.

Transamináciou sa aminoskupina v skutočnosti neodstraňuje, ale iba prenáša. K odstráneniu aminoskupiny z molekuly potom slúži oxidačná deaminácia L-glutamátu (kyseliny glutámovej), pri ktorej je aminoskupina oxidovaná na iminoskupinu, ktorá potom spontánne hydrolyzuje za vzniku amoniaku a hydroxylovej skupiny. Enzým, ktorý túto reakciu katalyzuje sa nazýva glutamátdehydrogenáza.

Priebeh močovinového cyklu[upraviť | upraviť zdroj]

Amoniak, ktorý vznikol pri oxidačnej deaminácii je viazaný v močovinovom cykle do močoviny, čím sa zabraňuje jeho toxickému pôsobeniu. Fixácia amoniaku je zahájená v mitochondriálnej matrix. V cytoplazme sa ku vznikajúcej močovine pridá dusík z aspartátu (kyseliny asparágovej) a dôjde k uvoľneniu močoviny a regenerácii vstupných látok (ornitínu)

Miesto amoniaku vznikajúceho oxidačnou deamináciou glutamátu môže slúžiť ako zdroj dusíka pre syntézu karbamoylfosfátu taktiež glutamín.

Mitochondrie[upraviť | upraviť zdroj]

  • Amoniak je v mitochondriálnom matrixe fixovaný za spotreby dvoch molekúl ATP do zlúčeniny karbamoylfosfátu. Karbamoylfosfát je následne konjugovaný s ornitínom za vzniku citrulínu, ktorý je potom prenesený pomocou špecifického prenášača do cytoplazmy.
  • Amoniak vo vzniknutom karbamoylfosfáte je zdrojom jedného z dusíkov vo vznikajúcej močovine.

Cytoplazma[upraviť | upraviť zdroj]

  • Citrulín je po prenesení do cytoplazmy konjugovaný za spotreby 2 ekvivalentov ATP s aspartátom – zdrojom druhého dusíka vo vznikajúcej močovine – za vzniku arginínosukcinátu.
  • Arginínosukcinát je ďalej štiepený enzýmom arginínosukcinázou (arginínosukcinát lyázou) za vzniku aminokyselín arginín a fumarát (ktorý je ďalej v citrátovom cykle premenený na oxalacetát, ktorý je možné transamináciou premeniť späť na aspartát).
  • Vzniknutý arginín je enzýmom arginázou hydrolyticky rozštiepený na močovinu a ornitín. Ornitín je prenesený do mitochondriálnej matrix a celý cyklus sa uzatvára.

Enzýmy močovinového cyklu[upraviť | upraviť zdroj]

Zoznam enzýmov močovinového cyklu
názov skratka katalyzovaná reakcia lokalizácia v bunke
karbamoylfosfát syntetáza CPS1 NH4+ + HCO3-+2ATP → karbamoylfosfát + 2ADP+ Pi mitochondrie
ornitín transkarbamoyláza OTC karbamoylfosfát + ornitín → citrulín + Pi mitochondrie
argininosukcinát syntetáza ASS citrulín + aspartát + ATP → argininosukcinát + AMP + PPi cytoplazma
argininosukcináza (argininosukcinát lyáza ASL argininosukcinát → arginín a fumarát cytoplazma
argináza ARG1 arginín → močovina + ornitín cytoplazma

Regulácia močovinového cyklu[upraviť | upraviť zdroj]

K požadovanej rýchlosti detoxikácie amoniaku je nutná normálna aktivita ureosyntetického cyklu. Počet aktívnych molekúl týchto enzýmov závisí na výžive. Pri bezbielkovinovej strave klesá percento močoviny z celkového dusíka z moču pod 80%. Naproti tomu pri bohatom príjme proteínov je možné nájsť výrazné zmnoženie počtu enzýmových molekúl. Paradoxne je možné sa s tým stretnúť aj pri hladovaní, pretože vtedy sa zvyšuje glukogenéza z aminokyselín. Taktiež podávanie glukokortikoidov, ktoré podporujú rozpad telesných proteínov, vedie k vyššiemu uvoľňovaniu amoniaku a vyššej tvorbe močoviny.

Vylučovanie nadbytočného dusíka musí byť veľmi prísne kontrolované, pretože aj minimálny nárast koncentrácie amoniaku je pre organizmus veľkou záťažou. Kľúčovým bodom je aktivita enzýmu karbamoylfosfát syntetázy, ktorá je aktivovaná N-acetylglutamátom. N-acetylglutamát je syntetizovaný v pečeni mitochondriách z L-glutamátu a Acetyl-CoA. Nárast koncentrácie glutamátu (ako odpoveď na zvýšenú degradáciu aminokyselín) vedie k nárastu koncentrácie N-acetylglutamátu.

Tento regulačný systém je ešte posilnený pôsobením enzýmu glutaminázy, ktorý rozkladá L-glutamín na L-glutamát a amoniak, čo spôsobuje nárast koncentrácie glutamátu. Naviac je tento enzým aktivovaný svojím vlastným produktom - amoniakom (príklad pozitívnej spätnej väzby). Koncentrácia glutamínu je odrazom intenzity rozkladu aminokyselín (glutamín je vedľa glutamátu a aspartátu ďalšou aminokyselinou, ktorá je schopná vyväzovať amoniak).[2]

Rozklad močoviny[upraviť | upraviť zdroj]

Pôsobením baktérií (resp. ich enzýmu ureázy), dochádza k rozkladu močoviny na amoniak a oxid uhličitý. Uvoľnený amoniak spôsobuje charakteristický dráždivý zápach staršieho moču. Amoniak môže byť použitý rastlinami aj baktériami na výstavbu aminokyselín alebo byť oxidovaný baktériami na molekulárny dusík (N2) (resp. dusičnany).

Zloženie močoviny[upraviť | upraviť zdroj]

Objem a zloženie moču sú závislé na príjme tekutín, diéte, telesnej hmotnosti, veku, fyzickej aktivite, teplote a vlhkosti prostredia. V našich podmienkach dospelý človek vylúči cca 500 – 2 000 ml moču o hustote 1,015 – 1,025 kg, osmolalita sa pohybuje medzi 50 – 1 300 mmol/kg vody. Voda tvorí 95 % moču, ktorá je mierne kyslá, cca pH=5,5, pri vyššom príjme rastlinnej stravy stúpa pH k 7,0. Z organických látok vylúčených za 24 hod obsahuje 20 – 35 g urey, 0,3 – 1 g kyseliny močovej, 1 až 1,5 g kreatinínu, 0,15 g kyseliny hippurovej, 0,05 až 0,10 g kreatínu, 1 – 3 g aminokyselín, menej než 0,15 g proteínov a do 0,2 g glukózy. Z anorganických látok 120 – 240 mmol, 100 – 150 mmol, 60 až 80 mmol, 30 – 60, 10 – 40 mmol, 30 – 50 mmol, 4 – 11 mmol a 3 – 6 mmol.[chýba zdroj]

Referencie[upraviť | upraviť 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.

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Močovinový cyklus na českej Wikipédii.

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Literatúra[upraviť | upraviť 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
  • Cerman J., Ledvina M., Stoklasová A., Biochemie pro studující medicíny I. Díl, kapitola 1-13, 2004, Nakladatelství Karolinum, Univerzita Karlova v Prahe, ISBN 80-246-0849-9
  • Matouš B., Základy lékařské chemie a biochemie první vydání, 2010, Galén, ISBN 978-80-7262-702-8

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]