ადამიანის ორგანიზმმა ნორმალური ცხოვრების შესანარჩუნებლად შეიმუშავა ტოქსიკური ნივთიერებების ელიმინაციის მექანიზმები. მათ შორის, ამიაკი არის აზოტოვანი ნაერთების, უპირველეს ყოვლისა, ცილების მეტაბოლიზმის საბოლოო პროდუქტი. NH3 ტოქსიკურია ორგანიზმისთვის და, როგორც ნებისმიერი შხამი, გამოიყოფა ექსკრეციული სისტემის მეშვეობით. მაგრამ სანამ ამიაკი გაივლის თანმიმდევრული რეაქციების სერიას, რომელსაც ორნიტინის ციკლი ეწოდება.
აზოტის მეტაბოლიზმის სახეები
ყველა ცხოველი არ გამოყოფს ამიაკს გარემოში. აზოტის მეტაბოლიზმის ალტერნატიული საბოლოო ნივთიერებებია შარდმჟავა და შარდოვანა. შესაბამისად, აზოტის მეტაბოლიზმის სამ ტიპს უწოდებენ, გამოთავისუფლებული ნივთიერების მიხედვით.
ამონიოელური ტიპი. საბოლოო პროდუქტი აქ არის ამიაკი. ეს არის წყალში ხსნადი უფერო გაზი. ამონიოთელია დამახასიათებელია ყველა თევზისთვის, რომელიც მარილიან წყალში ცხოვრობს.
ურეოელური ტიპი. ცხოველები, რომლებსაც ახასიათებთ ურეთელია, გამოყოფენ შარდოვანას გარემოში. მაგალითებიამტკნარი წყლის თევზი, ამფიბიები და ძუძუმწოვრები, მათ შორის ადამიანები.
ურიკოტელის ტიპი. ეს მოიცავს ცხოველთა სამყაროს იმ წარმომადგენლებს, რომლებშიც საბოლოო მეტაბოლიტი არის შარდმჟავას კრისტალები. ეს ნივთიერება, როგორც აზოტის მეტაბოლიზმის პროდუქტი, გვხვდება ფრინველებსა და ქვეწარმავლებში.
ნებისმიერ ამ შემთხვევაში, მეტაბოლიზმის საბოლოო პროდუქტის ამოცანაა ორგანიზმიდან ზედმეტი აზოტის გამოდევნა. თუ ეს არ მოხდა, შეინიშნება უჯრედების დაბეგვრა და მნიშვნელოვანი რეაქციების დათრგუნვა.
რა არის შარდოვანა?
შარდოვანა არის ნახშირმჟავას ამიდი. იგი წარმოიქმნება ამიაკის, ნახშირორჟანგის, აზოტისა და გარკვეული ნივთიერებების ამინოჯგუფებისგან ორნიტინის ციკლის რეაქციების დროს. შარდოვანა არის ურეთელური ცხოველების, მათ შორის ადამიანების ექსკრეციული პროდუქტი.
შარდოვანა არის ორგანიზმიდან ჭარბი აზოტის გამოდევნის ერთ-ერთი საშუალება. ამ ნივთიერების წარმოქმნას აქვს დამცავი ფუნქცია, რადგან. შარდოვანას წინამორბედი - ამიაკი, ტოქსიკური ადამიანის უჯრედებისთვის.
100გრ სხვადასხვა ხასიათის ცილის გადამუშავებისას შარდით გამოიყოფა 20-25გრ შარდოვანა. ნივთიერება სინთეზირდება ღვიძლში, შემდეგ კი სისხლის ნაკადით ხვდება თირკმლის ნეფრონში და გამოიყოფა შარდთან ერთად.
ღვიძლი არის შარდოვანას სინთეზის მთავარი ორგანო
მთელ ადამიანის ორგანიზმში არ არსებობს ისეთი უჯრედი, რომელშიც ორნიტინის ციკლის აბსოლუტურად ყველა ფერმენტი იქნება წარმოდგენილი. ჰეპატოციტების გარდა, რა თქმა უნდა. ღვიძლის უჯრედების ფუნქციაა არა მხოლოდ ჰემოგლობინის სინთეზირება და განადგურება, არამედ შარდოვანას სინთეზის ყველა რეაქციის განხორციელება.
ქვემოორნიტინის ციკლის აღწერა ერგება იმ ფაქტს, რომ ეს არის ორგანიზმიდან აზოტის ამოღების ერთადერთი გზა. თუ პრაქტიკაში ძირითადი ფერმენტების სინთეზი ან მოქმედება შეფერხებულია, შარდოვანას სინთეზი შეჩერდება და ორგანიზმი მოკვდება სისხლში ჭარბი ამიაკის გამო.
ორნიტინის ციკლი. რეაქციების ბიოქიმია
შარდოვანას სინთეზის ციკლი რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს. ორნიტინის ციკლის ზოგადი სქემა წარმოდგენილია ქვემოთ (სურათი), ამიტომ თითოეულ რეაქციას ცალკე გავაანალიზებთ. პირველი ორი ეტაპი უშუალოდ ღვიძლის უჯრედების მიტოქონდრიაში მიმდინარეობს.
NH3 რეაგირებს ნახშირორჟანგთან ორი ATP მოლეკულის გამოყენებით. ამ ენერგიის დამღლელი რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება კარბამოილ ფოსფატი, რომელიც შეიცავს მაკროერგიულ კავშირს. ეს პროცესი კატალიზებულია ფერმენტ კარბამოილფოსფატ სინთეტაზას მიერ.
კარბამოილფოსფატი რეაგირებს ორნითინთან ფერმენტ ორნიტინ კარბამოილ ტრანსფერაზას მეშვეობით. შედეგად, მაღალენერგეტიკული ბმა ნადგურდება და ციტრულინი წარმოიქმნება მისი ენერგიის გამო.
მესამე და მომდევნო სტადიები მიმდინარეობს არა მიტოქონდრიაში, არამედ ჰეპატოციტების ციტოპლაზმაში.
არის რეაქცია ციტრულინსა და ასპარტატს შორის. ATP 1 მოლეკულის მოხმარებით და ფერმენტ არგინინ-სუკცინატ სინთაზას მოქმედებით წარმოიქმნება არგინინ-სუკცინატი.
არგინინო-სუკცინატი ფერმენტ არგინინო-სუკკინ-ლიაზასთან ერთად იშლება არგინინად და ფუმარატამდე.
არგინინი წყლის თანდასწრებით და არგინაზას მოქმედებით იშლება ორნითინამდე (1 რეაქცია) და შარდოვანამდე (საბოლოო პროდუქტი). ციკლი დასრულებულია.
შარდოვანას სინთეზის ციკლის ენერგია
ორნიტინის ციკლი არის ენერგიის მომხმარებელი პროცესი, რომლის დროსაც ადენოზინტრიფოსფატის (ATP) მოლეკულების მაკროერგიული ბმები მოიხმარება. ხუთივე რეაქციის დროს სულ წარმოიქმნება 3 ADP მოლეკულა. გარდა ამისა, ენერგია იხარჯება ნივთიერებების ტრანსპორტირებაზე მიტოქონდრიიდან ციტოპლაზმამდე და პირიქით. საიდან მოდის ATP?
ფუმარატი, რომელიც წარმოიქმნა მეოთხე რეაქციაში, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სუბსტრატი ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში. ფუმარატისგან მალატის სინთეზის დროს გამოიყოფა NADPH, რის შედეგადაც წარმოიქმნება 3 ATP მოლეკულა.
გლუტამატის დეამინირების რეაქცია ასევე თამაშობს როლს ღვიძლის უჯრედების ენერგიით მომარაგებაში. პარალელურად გამოიყოფა ატფ-ის 3 მოლეკულაც, რომლებიც გამოიყენება შარდოვანას სინთეზისთვის.
ორნიტინის ციკლის აქტივობის რეგულირება
ჩვეულებრივ, შარდოვანას სინთეზის რეაქციების კასკადი ფუნქციონირებს მისი შესაძლო მნიშვნელობის 60%-ით. საკვებში ცილის გაზრდილი შემცველობით, რეაქციები აჩქარებს, რაც იწვევს საერთო ეფექტურობის ზრდას. ორნიტინის ციკლის მეტაბოლური დარღვევები შეინიშნება მაღალი ფიზიკური დატვირთვისა და ხანგრძლივი მარხვის დროს, როდესაც ორგანიზმი იწყებს საკუთარი ცილების დაშლას.
ორნიტინის ციკლის რეგულირება ასევე შეიძლება მოხდეს ბიოქიმიურ დონეზე. აქ სამიზნე არის მთავარი ფერმენტი კარბამოილ ფოსფატ სინთეტაზა. მისი ალოსტერული აქტივატორი არის N-აცეტილ-გლუტამატი. ორგანიზმში მაღალი შემცველობით შარდოვანას სინთეზის რეაქციები ნორმალურად მიმდინარეობს. თავად ნივთიერების ნაკლებობით ან მისიპრეკურსორები, გლუტამატი და აცეტილ-CoA, ორნიტინის ციკლი კარგავს თავის ფუნქციურ დატვირთვას.
ურთიერთობა შარდოვანას სინთეზის ციკლსა და კრებსის ციკლს შორის
ორივე პროცესის რეაქციები მიმდინარეობს მიტოქონდრიულ მატრიქსში. ეს შესაძლებელს ხდის ზოგიერთ ორგანულ ნივთიერებას მონაწილეობა მიიღოს ორ ბიოქიმიურ პროცესში.
CO2 და ადენოზინტრიფოსფატი, რომლებიც წარმოიქმნება ლიმონმჟავას ციკლში, არის კარბამოილ ფოსფატის წინამორბედები. ATP ასევე არის ენერგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი წყარო.
ორნიტინის ციკლი, რომლის რეაქციებიც მიმდინარეობს ღვიძლის ჰეპატოციტებში, არის ფუმარატის წყარო, ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი სუბსტრატი კრებსის ციკლში. უფრო მეტიც, ეს ნივთიერება, რამდენიმე ეტაპობრივი რეაქციის შედეგად, წარმოშობს ასპარტატს, რომელიც, თავის მხრივ, გამოიყენება ორნიტინის ციკლის ბიოსინთეზში. ფუმარატის რეაქცია არის NADP-ის წყარო, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ADP-ს ATP-მდე ფოსფორილირებისთვის.
ორნიტინის ციკლის ბიოლოგიური მნიშვნელობა
აზოტის აბსოლუტური უმრავლესობა ორგანიზმში შედის ცილების ნაწილი. მეტაბოლიზმის პროცესში ნადგურდება ამინომჟავები, წარმოიქმნება ამიაკი, როგორც მეტაბოლური პროცესების საბოლოო პროდუქტი. ორნიტინის ციკლი შედგება რამდენიმე თანმიმდევრული რეაქციისგან, რომელთა მთავარი ამოცანაა NH3 დეტოქსიკაცია შარდოვანად გარდაქმნით. შარდოვანა, თავის მხრივ, შედის თირკმლის ნეფრონში და გამოიყოფა ორგანიზმიდან შარდთან ერთად.
გარდა ამისა, ორნიტინის ციკლის ქვეპროდუქტი არის არგინინის, ერთ-ერთი აუცილებელი ამინომჟავის წყარო.
დარღვევები სინთეზშიშარდოვანას შეუძლია გამოიწვიოს ისეთი დაავადება, როგორიცაა ჰიპერამონემია. ეს პათოლოგია ხასიათდება ამონიუმის იონების NH4+ ადამიანის სისხლში გაზრდილი კონცენტრაციით. ეს იონები უარყოფითად მოქმედებს ორგანიზმის სიცოცხლეზე, ითიშება ან ანელებს ზოგიერთ მნიშვნელოვან პროცესს. ამ დაავადების უგულებელყოფამ შეიძლება გამოიწვიოს სიკვდილი.
