Močovinový cyklus

Močovinový cyklus^[1] (iné názvy: ornitínový cyklus,^[1] ureosyntetický cyklus^[1], malý Krebsov cyklus^[1]) 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 + 3 ATP → CO(NH₂)₂ + fumarát + 2 ADP + AMP + 2 P_i+ 1PP_i

Vylučovanie dusíka

Nadbytočný dusík organizmy vylučujú tromi spôsobmi vo forme:^[2]:

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.
močoviny – cicavce – je minimálne toxická, pre jej vylučovanie je potrebný relatívne malý objem vody (v porovnaní s amoniakom)
kyseliny močovej – plazy, 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

amoniak (čpavok)
močovina (urea)
kyselina močová

Vznik amoniaku pre močovinový cyklus

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

Amoniak, ktorý vznikol pri oxidačnej deaminácii je viazaný v močovinovom cykle do močoviny, čím sa zabraňuje jeho toxickému pôsobeniu. Fixácia amoniaku začne 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

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

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 (arginínosukcinátlyázou) 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

Zoznam enzýmov močovinového cyklu
Názov	Skratka	Katalyzovaná reakcia	Lokalizácia v bunke
Karbamoylfosfátsyntetáza	CPS1	NH₄⁺ + HCO₃^- + 2 ATP → karbamoylfosfát + 2 ADP + P_i	mitochondrie
Ornitíntranskarbamoyláza	OTC	karbamoylfosfát + ornitín → citrulín + P_i	mitochondrie
Argininosukcinátsyntetáza	ASS	citrulín + aspartát + ATP → argininosukcinát + AMP + PP_i	cytoplazma
Argininosukcináza (argininosukcinátlyáza)	ASL	argininosukcinát → arginín + fumarát	cytoplazma
Argináza	ARG1	arginín → močovina + ornitín	cytoplazma

Regulácia močovinového cyklu

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 karbamoylfosfátsyntetázy, 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. Navyše 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).^[3]

Rozklad močoviny

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 moču

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

↑ ^a ^b ^c ^d VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha : Academia, 1996. (2., opr. vyd.) Dostupné online. ISBN 80-200-0600-1.
↑ Postlethwalt JH,Hopson JL, "Modern Biology" (2006) Hort, Rinehart, Winston, ISBN 0-03-065178-6
↑ John T. Brosnan: "Glutamate, at the Interface between Amino Acid and Carbohydrate Metabolism". J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):988S-90S.

Pozri aj

Literatúra

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

ekniha (v angličtine) Biochemistry
[1]

Zdroj

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

Chemický portál

[biochemie-1] VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha : Academia, 1996. (2., opr. vyd.) Dostupné online. ISBN 80-200-0600-1.

[2] Postlethwalt JH,Hopson JL, "Modern Biology" (2006) Hort, Rinehart, Winston, ISBN 0-03-065178-6

[3] John T. Brosnan: "Glutamate, at the Interface between Amino Acid and Carbohydrate Metabolism". J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):988S-90S.

[1]

[2]

[3]