Močovinový cyklus

Močovinový cyklus také ornitinový cyklus, je metabolickým cyklem, který pomáhá tělu zbavovat se nadbytečného dusíku. Ten je zakomponován do močoviny a posléze v moči vyloučen ven. Močovinový cyklus slouží k ochraně organismu před toxickými účinky amoniaku (čpavku). Močovina, do které je amoniak zabudováván je výrazně méně toxická. Močovinový cyklus probíhá hlavně v játrech, přičemž část cyklu se odehrává v mitochondrii a druhá část v cytoplazmě.

[editovat] Vylučování dusíku

Nadbytečný dusík organismy vylučují třemi způsoby^[1] - ve formě:

• amoniaku (čpavku) - vodní živočichové - amoniak, který je primárním dusíkatým produktem při odbourávání aminokyselin, je neurotoxický a pro jeho účinné vylučování je zapotřebí velké množství vody a relativně pomalého metabolismu.

• močoviny – savci – je minimálně toxická, pro její vylučování je zapotřebí relativně malého obejmu vody (v porovnání s amoniakem)

• kyseliny močové – plazi, ptáci, hmyz – je ve vodě málo rozpustná, při jejím vylučování dochází k minimálním ztrátám vody. Kyselina močová je i finálním produktem degradace purinových nukleotidů u některých živočichů

amoniak (čpavek)

močovina (urea)

kyselina močová

[editovat] Degradace proteinů

Degradace proteinů v buňce může být buď spjatá s organelou lysozomem nebo s molekulárním strojem proteasomem.

[editovat] Lysozom

Podrobnější informace naleznete v článku lysozom.

Fagocytované proteiny, nebo proteiny v organelách bývají degradovány v buněčné organele lysozomu. Proteiny jsou štěpeny na kratší peptidy a posléze až na aminokyseliny pomocí lysozomálních enzymů- katepsinů.

[editovat] Ubiquitinace

Podrobnější informace naleznete v článku ubiquitin.

Degradace cytosolárních proteinů je regulována pomocí proteinu ubiquitinu (ubikvitinu). Ubiquitin je připojován na volné -NH₂ konce postranního řetězce lysinu v daném proteinu přes tzv. isopeptidovou vazbu (vazbou mezi karboxylem a jinou než α-amino- skupinou). Na navázaný ubiquitin se mohou dále vázat další ubiquitiny. Sekvence minimálně čtyř ubuquitinů za sebou slouží jako signál pro proteasomální degradaci.

[editovat] Proteasom

Podrobnější informace naleznete v článku proteasom.

Proteasom je komplexním cytoplazmatickým útvarem sloužícím k degradaci proteinů. Jedná se o molekulární stroj sestávající z mnoha proteáz (enzymů schopných štěpit peptidovou vazbu v proteinech), které štěpí proteiny až na aminokyseliny.

[editovat] Deaminace aminokyselin

Podrobnější informace naleznete v článku deaminace aminokyselin.

Aminokyseliny získané ať už z potravy nebo degradací proteinů v buňce jsou buď znovu využity k syntéze proteinů, nebo odbourány za zisku energie. Prvním krokem pro jejich odbourání je deaminace – zbavení amino skupiny. Amino- skupina je přeměněna v procesu transaminace na oxo- skupinu (keto skupinu) a aminokyseliny jsou pak dále odbourávány příslušnými biochemickými dráhami.

[editovat] Transaminace

Podrobnější informace naleznete v článku transaminace.

Transaminací se nazývá děj, při kterém dochází k výměně aminoskupiny mezi aminokyselinou a 2-oxoglutarátem (α-ketoglutarátem) za vzniku 2-oxokyseliny a glutamátu (kyseliny glutamové). Transaminaci podstupují nutně při svém odbourávání všechny aminokyseliny s výjimkou aspartátu (který se může zbavit své amino- skupiny přímo v průběhu močovinového cyklu) a glutamátu, který podléhá oxidační deaminaci (popř. je transaminován pomocí oxalacetátu za vzniku 2-oxoglutarátu a aspartátu)

Enzymy katalyzující tyto reakce se nazývají transaminázy (aminotransferázy) s prostetickou skupinou pyridoxal-5’-fosfátem (PLP)

• Ve svalech při transaminaci slouží místo 2-oxoglutarátu jako příjemnce -NH₂ pyruvát za vzniku L-alaninu. L-alanin je krví dopravován do jater, kde je pak klasicky transaminován pomocí 2-oxoglutarátu za vzniku pyruvátu a L-glutamátu. Z pyruvátu lze v játrech procesem glukoneogeneze vystavět glukózu, která se krví opět dostane do svalu. Tento děj je známý jako alaninový-glukózový cyklus (neboli alaninový cyklus).

[editovat] Oxidační deaminace

Podrobnější informace naleznete v článku oxidační deaminace.

Transaminací se amino skupina ve skutečnosti neodstraňuje, je pouze přenášena. K odstranění amino skupiny z molekuly pak slouží oxidační deaminace L-glutamátu (kyseliny glutamové), při které je aminoskupina oxidována na imino- skupinu, která poté spontánně hydrolyzuje za vzniku amoniaku a hydroxylové skupiny. Enzym, který tuto reakci katalyzuje se nazývá glutamát dehydrogenáza.

[editovat] Průběh močovinového cyklu

Amoniak vzniklý při oxidační deaminaci je vázán při močovinovém cyklu do močoviny, čímž se zabrání jeho toxickému působení. Fixace amoniaku je zahájena v mitochondriálním matrix. V cytoplazmě se pak ke vznikající močovině přidá dusík z aspartátu (kyseliny asparagové) a dojde k uvolnění močoviny a regeneraci vstupních látek (ornitinu)

• Místo amoniaku vzniklého oxidační deaminací glutamátu může sloužit jako zdroj dusíku pro syntézu karbamoylfosfátu také glutamin.

[editovat] Mitochondrie

mitochondrie

• Amoniak je v mitochondriálním matrix fixován za spotřeby dvou molekul ATP do sloučeniny karbamoylfosfátu. Karbamoylfosfát pak je konjugován s ornitinem za vzniku citrulinu, který je pak přenesen pomocí specifického přenašeče do cytoplazmy.

• Amoniak ve vzniklém karbamoylfosfátu je zdrojem jednoho z dusíků ve vznikající močovině

[editovat] Cytoplazma

• Citrulin je po přenesení do cytoplazmy konjugován za spotřeby 2 ekvivalentů ATP s aspartátem – zdrojem druhého dusíku ve vznikající močovině – za vzniku argininosukcinátu.

• Argininosukcinát je dále štěpen enzymem argininosukcinázou (argininosukcinát lyázou) za vzniku aminokyseliny argininu a fumarátu (který je dále v citrátovém cyklupřeměněn na oxalacetát, který lze transaminací převést zpět na aspartát).

• Vzniklý arginin je enzymem arginázou hydrolyticky rozdštěpen na močovinu a ornitin. Ornitin je přenese do mitochodnriální matrix a celý cyklus se uzavře.

• souhrn močovinového cyklu lze zapsat: HCO₃^- + NH₃ + Asp + 3ATP → CO(NH₂)₂ + fumarát + 2ADP +1AMP + 2P_i+ 1PP_i

[editovat] Enzymy močovinového cyklu

[editovat] Regulace močovinového cyklu

Vylučování nadbytečného dusíku musí být velmi přísně kontrolováno, protože i minimální nárůst koncetrace amoniaku je pro tělo velikou zátěží. Klíčovým bodem je aktivita enzymu karbamoylfosfát syntetázy, která je aktivována N-acetylglutamátem. N-acetylglutamát je syntetizován v jaterních mitochondriích z L-glutamátu a Acetyl-CoA. Nárůst koncetrace glutamátu (jako odpověď na zvýšenou degradaci aminokyselin) vede k nárůstu koncetrace N-acetylglutamátu. Tento regulační systém je ještě zesílen působením enzymu glutaminázy, který rozkládá L-glutamin na L-glutamát a amoniak, čímž způsobuje nárůst koncetrace glutamátu. Navíc tento enzym je aktivován svým vlastním produktem - amoniakem (příklad pozitivní zpětné vazby). Koncetrace glutaminu také kopíruje intenzitu rozkladu aminokyselin (glutamin je vedle glutamátu a aspartátu další aminokyselinou, která je schopná vyvazovat amoniak).^[2]

[editovat] Poruchy močovinového cyklu

[editovat] Rozklad močoviny

Působením bakterií (resp. jejich enzymu ureázy), dochází k rozkladu močoviny na amoniak a oxid uhličitý. Uvolněný amoniak pak způsobuje charakteristický dráždivý zápach odstáté moči. Amoniak může být použit rostlinami i bakteriemi na výstavbu aminokyselin, nebo je oxidován bakteriemi na molekulární dusík (N₂) (popř. dusičnany) ^[3].

[editovat] Související články

• fixace dusíku
• alaninový cyklus
• moč
• ledviny
• močovina
• mitochondrie
• cytoplasma
• játra
• biogenní prvky

[editovat] Odkazy

[editovat] Reference

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.
3. ↑ Prescott LM, Harley JP, Klein DA. "Microbiology", 3rd edition, 1996 Times Mirror Higher Education Group, Inc, ISBN-10: 0-697-29390-4

[editovat] Literatura

• Voet D., Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, ISBN-10: 0-471-74268-6
• Lodish at al, "Molecular cell biology" 5th edition, 2004, W.H. Freeman and Company, ISBN-10: 0-7167-4366-3

[editovat] Externí odkazy

• ekniha (v angličtině) Biochemistry
• http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/130/4/988S