Der Harnstoffzyklus ist ein Zyklus von biochemischen Reaktionen bei vielen Tieren vorkommen, dass Harnstoff 2CO produziert) von Ammoniak. Dieser Zyklus war das erste Stoffwechselkreislauf entdeckt, fünf Jahre vor der Entdeckung des TCA-Zyklus. Bei Säugetieren, vor allem in der Leber erfolgt die Harnstoffzyklus statt, und in geringerem Ausmaß in der Niere.

Funktion

Organismen, die nicht einfach und schnell zu entfernen, kann in der Regel Ammoniak, muss dieses auf eine andere Substanz umwandeln, wie Harnstoff oder Harnsäure, die weniger toxisch sind. Insuffizienz des Harnstoffzyklus tritt in einigen genetischen Erkrankungen und Leberversagen. Das Ergebnis von Leberversagen ist Anhäufung von stickstoffhaltigen Abfälle, vor allem Ammoniak, das zur hepatischen Enzephalopathie führt.

Reaktionen

Harnstoffzyklus besteht aus fünf Reaktionen: zwei mitochondrialen und cytosolischen drei. Der Zyklus wandelt zwei Aminogruppen, eine von NH4 und einer aus Asp, und ein Kohlenstoffatom von HCO3 auch auf die relativ nicht toxischen Ausscheidungsprodukt Harnstoff auf Kosten der vier "Hochenergie" Phosphatbindungen. Ornithin ist der Träger dieser Kohlenstoff- und Stickstoffatomen.

In der ersten Reaktion ist NH4 + HCO3 äquivalent NH3 + CO2 + H2O.

Somit wird die Gesamtgleichung des Harnstoffzyklus ist:

• NH3 + CO2 + Aspartat + 3 ATP + 2 H2O → Harnstoff + Fumarat + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi

Da Fumarat wird durch Entfernen von NH3 Aspartat erhalten und PPi + H2O → 2 Pi, kann die Gleichung wie folgt vereinfacht werden:

• 2 NH3 + CO2 + 3 ATP + H2O → Harnstoff + 2 ADP + 4 Pi + AMP

Beachten Sie, dass Reaktionen auf den Harnstoffzyklus Zusammenhang auch dazu führen, die Produktion von NADH 2, so dass die Harnstoffzyklus Mitteilungen etwas mehr Energie, als es verbraucht. Diese NADH werden auf zwei Arten hergestellt:

• Einem NADH-Molekül wird durch das Enzym Glutamat-Dehydrogenase zur Umwandlung von Glutamat zu Ammonium und α-Ketoglutarat reduziert. Glutamat ist der nicht-toxische Träger aus Amingruppen. Dies bietet die Ammoniumionen in der anfänglichen Synthese von Carbamoylphosphat verwendet.
• Das Fumarat in das Cytosol freigesetzt wird Malat durch cytosolische Fumarase umgewandelt. Diese Malat wird dann umgewandelt, um durch cytosolische Malatdehydrogenase Oxalacetat Erzeugung eines Unter NADH im Cytosol. Oxalacetat ist eine der Ketosäuren durch Transaminasen bevorzugt, und so wird zurückgeführt, um den Aspartatgruppen werden, die Aufrechterhaltung der Stickstoffstrom in den Harnstoffzyklus.

Die beiden NADH produzierten Energie für die Bildung von 4 ATP, eine Nettoproduktion von einem Hochenergie-Phosphatbindung für die Harnstoffzyklus bereitzustellen. Wenn jedoch Gluconeogenese Gange im Cytosol wird die letzteren Reduktionsäquivalent verwendet, um die Umkehrung des GAPDH Schritt statt Erzeugen ATP zu fahren.

Das Schicksal von Oxalacetat besteht entweder darin, Aspartat durch Transaminierung zu erzeugen oder umgewandelt Phosphoenolpyruvat ist, die ein Substrat für die Gluconeogenese ist.

Regulierung

N-Acetylglutaminsäure

Die Synthese von Carbamoylphosphat und Harnstoffzyklus ist abhängig von der Anwesenheit von NAcGlu, die allosterisch aktiviert CPS1. NAcGlu ist ein obligat Aktivator Carbamoylphosphat Synthase. Synthese NAcGlu durch NAGS sowohl durch Arg, allosterische Stimulator NAGS und Glu, ein Produkt in der Transaminierungsreaktionen und einer NAGS der Substrate, die beide erhöht, wenn freie Aminosäuren erhöht werden angeregt. Glu so nicht nur ein Substrat für NAGS sondern dient auch als ein Aktivator für die Harnstoffzyklus.

Substratkonzentrationen

Die übrigen Enzyme des Zyklus werden durch die Konzentrationen von ihren Substraten gesteuert. So erbte Mängel außer ARG1 Zyklus Enzyme nicht in einer signifikanten Abnahme der Harnstoffproduktion führen. Vielmehr baut die mangelnde Enzymsubstrat auf, die Erhöhung der Geschwindigkeit der mangelhaften Reaktion auf normal.

Die anomale Substrataufbau ist nicht ohne Kosten, aber. Die Substratkonzentrationen zu erhöhten den ganzen Weg zurück bis der Zyklus zu NH4, was zu einer Hyperammonämie.

Obwohl die Ursache der NH4-Toxizität ist nicht vollständig verstanden, eine hohe stellt eine enorme Belastung für die NH4-Clearing-System, vor allem im Gehirn. Das Clearing-System beinhaltet GLUD1 und GLUL, die den 2-Oxoglutarat und Glu-Pools zu verringern. Das Gehirn ist besonders empfindlich gegenüber dem Abbau dieser Pools. Erschöpfung der 2OG sinkt die Rate der TCAC, während Glu ist sowohl ein Neurotransmitter und ein Vorläufer von GABA, einem anderen Neurotransmitter.

Pathology

Mängel der verschiedene Enzyme und Transporter im Harnstoffzyklus beteiligt können Störungen des Harnstoffzyklus verursachen:

• N-Synthase-Mangel Acetylglutamat
• Carbamoylphosphatsynthetase Mangel
• Ornithin transcarbamoylase Mangel
• Citrullinämie
• Argininosuccinic aciduria
• Argininemia
• Hyperornithinämie, Hyperammonämie, homocitrullinuria Syndrom

Die meisten Störungen des Harnstoffzyklus mit Hyperammonämie assoziiert jedoch argininemia und einige Formen von Arginin aciduria nicht mit erhöhten Ammoniak vorhanden.

Zusätzliche Bilder