Natalia Infusino

Temat: Rola cyklu mocznikowego.

Cyklem mocznikowym nazywamy proces przekształcania toksycznego amoniaku w nietoksyczny mocznik. Proces ten bywa również nazywany cyklem ornitynowym, małym cyklem Krebsa lub cyklem Krebsa- Henseleita (od nazwiska odkrywców: Hans Krebs i Kurt Henseleit).

Amoniak podlega detoksykacji na drodze różnych procesów. Jego szybkie wydalanie, jako ostatecznego metabolitu, jest możliwe u ewolucyjnie niższych gatunków, w środowisku wodnym. Amoniak u tych zwierząt dyfunkduje przez powierzchnię ciała do środowiska wodnego, w którym ulega rozcieńczeniu. U innych gatunków amoniak może być przekształcony w mocznik lub w kwas moczowy i dopiero w takiej postaci wydalony. W zależności od tego, która substancja jest wydalana, organizmy zwierzęce. Człowiek i większość kręgowców lądowych przekształca amoniak i wydala go w postaci mocznika- organizmy ureoteliczne. Ptaki i gady lądowe w postaci kwasu moczowego- organizmy urykoteliczne. Zwierzęta wodne wydalają amoniak bezpośrednio do środowiska- organizmy amonoteliczne. Forma, w jakiej z organizmu jest usuwany amoniak, pozostaje prawdopodobnie w związku z dostępnośc ią do wody poszczególnych gatunków zwierząt. Amoniak jest usuwany bezpośrednio do środowiska wodnego, w którym z ogromną łatwością dyfunduje. Mocznik jest substancją dobrze w wodzie rozpuszczalną, usuwaną z organizmu w postaci roztworu wodnego. Kwas moczowy jest w wodzie słabo rozpuszczalny i może być wydalany w stanie stałym w stężonym moczu. Obserwacje poczynione na zarodkach kurzych potwierdzają zależność ostatecznej przemiany azotowej od ilości wody. W pierwszej fazie rozwoju zarodka ostatecznym metabolitem jest amoniak. W miarę rozwoju zarodka amoniak jest przekształcany w mocznik, a w końcowej fazie rozwoju, kiedy ilość wody w jajku jest bardzo oganiczona, kurczę staje się zwierzęciem urikotelicznym. Z moczem ssaków, który zawiera znaczne ilości mocznika, jest wydalana także pewna ilość amoniaku w postaci soli amonowych. Wydalanie amoniaku przez nerki ma ważne znaczenie dla regulacji kwasowo- zasadowej organizmu. Pozwala bowiem na oszczędną gospodarkę jonami sodowymi. Żródłem wydalanego z moczem amoniaku jest przede wszystkim glutamina, dostarczana do komórek nerkowych przez krew. Pod wpływem występującej w tych komórkach glutaminazy następuje hydrolityczne odszczepienie amoniaku z grupy amidowej glutaminy. Enzym ten występuje także w innych tkankach organizmu. Jest on aktywowany przez jony fosforanowe.

Reakcje cyklu mocznikowego zachodzą w mitochondriach i cytosolu wątrobowym i w nerkach. Uwalnianie amoniaku z glutaminianu z udziałem dehydrogenazy glutaminianowej, tworzenie karbamoilofosforanu i jego wiąznie z ornityną zachodzi w macierzy mitochondrialnej. W cytosolu zachdzi synteza i rozszczepienie argininobursztynianu i synteza mocznika.

Pierwszą z licznych reakcji tego cyklu jest synteza mocznika z dwóch grup aminowych, pochodzących z deaminacji aminokwasów, oraz z cząsteczki dwutlenku węgla. Najpierw aminak wchodzi w reakcję z CO₂ i dwiema cząsteczkami ATP, tworząc karbamoilofosforan. Reakcja ta jest katalizowana przez syntetazę karbamoilofosforanową I, występującą w mitochondriach. Jedna cząsteczka ATP rozpada się do ADP, przekazując resztę fosforanową do produktu reakcji- karbamoilofosforanu. Aktywatorem allosterycznym tego enzymu jest N- acetyloglutaminian. Karbamoilofosforan jest związkiem bogato energetycznym. Dzięki wiązaniu bezwodnikowemu cechuje się wysokim potencjałem przenoszenia. Grupa karbamoilowa jest przenoszona na ornitynę, prowadząc do powstania cytruliny. Reakcję katalizuje karbamoilotransferaza ornitynowa. W wyniku kondensacji cytruliny z asparaginianem, zachodzącej z udziałem syntetazy argininobursztynianowej, powstaje argininobursztynian. Jest to reakcja energochłonna. Wprawdzie złużywa jedną cząsteczkę ATP, ale ta rozkłada się do AMP i pirofosforanu, który ulega hydrolizie do dwóch cząsteczek fosforanu. Dalej argininobursztynian, pod działaniem liazy arginobursztynianowej, rozpada się na argininę i fumaran. Hydroliza argininy zachodząca pod działaniem arginazy regeneruje ornitynę i uwalnia mocznik. Uwolniona ornityna wchodzi w reakcję z kolejną cząsteczką karbamoilofosforanu i cykl się powtarza.

W wyniku pełnego obrotu cyklu z jednej cząsteczki CO₂ i dwóch cząsteczek NH₃ tworzy się cząsteczka mocznika. Zużywane są trzy ATP. Cykl ten jest energetycznie kosztowny, ale konieczny ze względu na dużą toksyczność amoniaku. Istotne znaczenie ma tu synteza fumaranu, który łączy ten cykl z cyklem Krebsa. Fumaran ulega uwodnieniu do jabłcznu i utlenieniu do szczawiooctanu, a ten może przekształcić się w asparaginian w reacji transaminacji, przekształcić się w glukozę w glukoneogenezie, połączyć się z acetylo- CoA do cytrynianu, czy przekształcić się do pirogronianu. Funkcjonowanie cyklu mocznikowego doprowadziłoby do szybkiego wyczerpania asparaginianu, jednakże ten odtwarza się na drodze transaminacji. Fumaran, powstający w reakcji katalizowanej przez lizę argininobursztynianową, przyłącza H₂O przechodząc w jabłczan. Ten utlenia się do szczawiooctanu, który staje się akceptorem grupy aminowej w procesie transaminacji. Odtwarza się cząsteczk asparaginianu. W ten sposób zazębiają się reakcje cyklu kwasów trójkarboksylowych, cyklu mocznikowego i reakcje transaminacji. Tą drogą kolejne grupy aminowe wbudowują się do mocznika. Mocznik nie podlega dalszej biotransformacji. Jest wydalany z moczem. Wprawdzie niewielka ilość mocznika przenika do światła jelit, gdze jest przetwarzana pod działaniem ureazy bakteryjnej do CO₂ i NH₃ , lecz uwolniony amoniak wchłania się do krwi i wędruje do wątroby, gdzie włącza się ponownie do cyklu mocznikowego. Stężenie mocznika w osoczu krwi jest ważnym parametrem biochemicznym, przydatnym w diagnostyce chorób nerek. Osocze zdrowego człowieka zawera 20- 40 mg mocznika na decylitr, konia – 25- 45 mg/dl, bydła- 10- 45 mg/dl, psa- 20- 50 mg/dl, kota- 25- 70 mg/dl. Wzrost jego stężenia może wskazywać na odwodnienie, choroby układu sercowo- naczyniowego, krwotok w przewodzie pokarmowym, zwiększony katabolizm, stres pourazowy, diete wysokobiałkową, odmiedniczkowe zapalenie nerek, ostre i przewlekłe zapalenie kłębuszków nerkowych, marskość nerek, nerczyce, czy kamice nerkową i pęcherzową. Ureaza- enzym bakteryjny i roślinny, odgrywa istotna rolę w utrzymanu obiegu azotu i węgla w przyrodzie. Olbrzymie ilości mocznika wydalanego przez organizmy ureoteliczne, są przetwarzane przez ureazę do CO₂ i NH₃, które są wykorzystywane przez organizmy autotroficzne do różnych syntez.
Bibliografia:

1. „Biochemia” Prof. Dr hab. Edward Bankowski, Wydawnictwo Elsevier Urban & Partner Wrocław 2009

2. „Biochemia zwierząt” Aleksandra Malinowska, Wydawnictwo SGGW Warszawa 1999

3. „Wartości referencyjne podstawowych badań laboratoryjnych w weterynarii” Anna Winnicka, Wydawnictwo SGGW Warszawa 2008