Močovinový cyklus

Močovinový cyklus (iné názvy pozri nižšie) 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 Pi+ 1PPi

 Názov 
Medzi ďalšie názvy tohto cyklu patria ornitínový cyklus, ureosyntetický cyklus, malý Krebsov cyklus a Krebsov-Henseleitov cyklus tvorby močoviny. Tieto názvy vychádzajú z pomenovania niektorých metabolitov, ktoré v cykle vystupujú, alebo podľa jeho objaviteľov.

 Vylučovanie dusíka 
Nadbytočný dusík organizmy vylučujú tromi spôsobmi vo forme:Postlethwalt JH,Hopson JL, "Modern Biology" (2006) Hort, Rinehart, Winston, ISBN 0-03-065178-6:
 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

 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 cykluNázov Skratka Katalyzovaná reakcia  Lokalizácia v bunke  Karbamoylfosfátsyntetáza  CPS1 NH4+ + HCO3- + 2 ATP → karbamoylfosfát + 2 ADP + Pi mitochondrie Ornitíntranskarbamoyláza OTC  karbamoylfosfát + ornitín → citrulín + Pi mitochondrie  Argininosukcinátsyntetáza  ASS citrulín + aspartát + ATP → argininosukcinát + AMP + PPi 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).John T. Brosnan: "Glutamate, at the Interface between Amino Acid and Carbohydrate Metabolism". J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):988S-90S.

 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.

 Referencie 

 Pozri aj 
 Fixácia dusíka
 Alanínový cyklus
 Moč
 Obličky
 Močovina
 Mitochondrie
 Cytoplazma
 Pečeň
 Biogénne prvky

 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


 Zdroj 

Kategória:Močovinový cyklus
Kategória:Biochemické reakcie