Karbamido susidarymas. Amoniako neutralizavimas. karbamido sintezė

Pagrindinis amoniako neutralizavimo organizme mechanizmas yra karbamido biosintezė. Pastarasis išsiskiria su šlapimu kaip pagrindinis galutinis baltymų, atitinkamai aminorūgščių, metabolizmo produktas. Karbamidas sudaro iki 80–85% viso šlapime esančio azoto. Pagrindinė ir galbūt vienintelė karbamido sintezės vieta yra kepenys. Pirmą kartą G. Krebsas ir K. Hanseleit 1932 m. išvedė karbamido sintezės reakcijų lygtis, kurios pateikiamos ciklo forma, kuri literatūroje gavo pavadinimą. ornitino Krebso karbamido ciklas.

Pažymėtina, kad biochemijoje tai buvo pirmoji ciklinė medžiagų apykaitos sistema, kurios aprašymas beveik 5 metais buvo anksčiau nei G. Krebsas atrado kitą medžiagų apykaitos procesą – trikarboksirūgšties ciklą. Tolesni tyrimai iš esmės patvirtino ciklinį karbamido biosintezės pobūdį kepenyse. G. Coeno, S. Ratnerio ir kt. tyrimų dėka. buvo išaiškintos tarpinės pakopos ir fermentų sistemos, kurios katalizuoja karbamido susidarymą.

Taigi visą karbamido susidarymo ciklą galima pavaizduoti taip. Pirmajame etape sintetinamas didelės energijos junginys karbamoilo fosfatas - metaboliškai aktyvi amoniako forma, naudojama kaip pirimidino nukleotidų (atitinkamai DNR ir RNR) ir arginino (atitinkamai baltymų ir karbamido) sintezės produktas:

Karbamidas yra pagrindinis galutinis azoto apykaitos produktas, kurio metu azoto perteklius pašalinamas iš organizmo.

Ornitino ciklas kepenyse atlieka dvi funkcijas:

Aminorūgščių pavertimas karbamidu, kuris išsiskiria ir neleidžia kauptis toksiškiems produktams, daugiausia amoniakui;

Arginino sintezė ir jo fondo papildymas organizme.

Apsvarstykite karbamido ciklą:

34 pav- Ornitino karbamido sintezės ciklas kepenyse

Jis prasideda nuo karbamoilo fosfato susidarymo mitochondrijose, kur yra daug ATP.

1 Karbamoilo fosfato susidarymas. Amonio jonai, susidarantys oksidaciniu būdu deaminuojant glutamo rūgštį, sąveikauja su bikarbonato anijonu ir ATP, dalyvaujant karbamoilfosfato sintetazei, sudarydami karbamoilo fosfatą, turintį makroerginį ryšį:

NH 4 + + HCO 3 - + 2ATP → H 2 N - C + 2ADP + H 2 RO 4 - + H +

Karbamoilo fosfatas

2. Citrulino gavimas. Mitochondrijų matricoje karbamoilo fosfatas kondensuojasi su aminorūgštimi ornitinu, kuri, būdama lizino homologu, nėra įtraukta į baltymus.

Reakciją katalizuoja ornitinkarbamoiltransferazė:

H COO - O H COO -

C + H 2 N - C → CO + H 2 RO 4 -

+ / \ + \ + / \ ||

H3N (CH2)3NH3O~ F H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH 2

Ornitino karbamoilfosfato citrulinas

Gautas citrulinas patenka į kepenų ląstelių citozolį, kur vyksta likusios karbamido ciklo reakcijos.

3. Argininosukcinato gavimas. Citrulino karbonilo grupė pakeičiama aspartato amino grupe, kai susidaro argininosukcinato guanidino grupė, dalyvaujant ATP ir katalizuojama argininosukcinato sintetazės:

H COO – H COO –

C O + C + ATP →

H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH 2 H 3 N CH 2 COO -

citrulino aspartatas

CH 2 N CH 2 COO - + H 2 P 2 O 7 2- + AMP

H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH - SNSOO -

Argininosukcinatas

Reakcija endergoninė, pirmai ir trečiai ciklo reakcijoms sunaudojama 4 ATP molekulės.

4. Argininosukcinato skilimas. Veikiant argininosukcinato liazei, argininosukcinatas eksergiškai suskaidomas ir susidaro argininas ir fumaratas:

H COO – H COO – COO – N

CH 2 N CH 2 COO - → CH 2 N + C \u003d C

+ / \ || | + / \ || / \

H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH - SNSOO - H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH 2 H COO -

Arginino sukcinatas Arginino fumaratas

5. Karbamido susidarymas ir ornitino regeneracija. Arginino hidrolizė, katalizuojama arginazės, sukelia karbamido susidarymą ir ornitino regeneraciją. Reakcija yra eksergoninė.

H COO – H COO – NH 2

CH 2 N → C + O \u003d C

+ / \ || + / \ + \

H 3 N (CH 2) 3 NH - C - NH 2 H 3 N (CH 2) 3 NH 3 NH 2

Arginino ornitino karbamidas

Regeneruotas ornitinas vėl gali patekti į mitochondrijas ir dalyvauti naujame karbamido ciklo apyvartoje. Susidaręs karbamidas iš kepenų transportuojamas į inkstus, kur išskiriamas iš kraujo ir iš organizmo pašalinamas su šlapimu.

Ornitino cikle kiekvienam ciklo posūkiui sunaudojamos 4 makroerginės jungtys iš trijų ATP molekulių.

Tačiau karbamido susidarymo procesas aprūpina save energija:

Aspartato regeneracijos metu iš fumarato malato dehidrinimo stadijoje susidaro NADH, kuris gali užtikrinti 3 makroerginių ryšių sintezę.

Oksidacinio glutamato deamininimo metu skirtinguose organuose taip pat susidaro NADH, kuris gali užtikrinti 3 makroerginių ryšių sintezę.

Iš minėtų reakcijų matyti, kad toksiškas amoniakas virsta nekenksmingu karbamidu. Šiuo atveju vienas iš karbamido azoto atomų susidaro iš amoniako, kitas – iš aspartato.

24.4.1. Karbamido biosintezė- pagrindinis amoniako neutralizavimo būdas. Karbamidas sintetinamas ornitino cikle kepenų ląstelėse. Šią reakcijų seką 1932 m. atrado H. Krebsas ir K. Henseleit. Pagal šiuolaikines koncepcijas karbamido ciklas apima penkių reakcijų seką.

Dvi pradinės karbamido biosintezės reakcijos vyksta kepenų ląstelių mitochondrijose.

Vėlesnės reakcijos vyksta kepenų ląstelių citoplazmoje.

Bendra ornitino ciklo schema parodyta 24.2 pav.:

24.2 pav. Ornitino ciklo schema ir jo ryšys su fumaro ir asparto rūgščių virsmais.
Skaičiai nurodo fermentus, katalizuojančius ornitino ciklo reakcijas: 1 - karbamoilfosfato sintetazė; 2 - ornitino-karbamoiltransferazė; 3 - argininosukcinato sintetazė; 4 - argininosukcinato liazė; 5 - arginazė.

24.4.2. Ornitino ciklas baigiasi Ryšys su trikarboksirūgšties ciklu:

1. pradinės karbamido ciklo reakcijos, taip pat TCA reakcijos, vyksta mitochondrijų matricoje;
2. CO2 ir ATP, reikalingų karbamido susidarymui, tiekimas užtikrinamas CTC darbu;
3. karbamido cikle susidaro fumaratas, kuris yra vienas iš TCA substratų. Fumaratas hidratuojamas iki malato, kuris savo ruožtu oksiduojamas į oksaloacetatą. Oksaloacetatas gali virsti aspartatu; ši aminorūgštis dalyvauja formuojant argininosukcinatą.

24.4.3. Fermentų aktyvumo reguliavimas ciklas daugiausia vyksta karbamoilfosfato sintetazės lygiu, kuri yra neaktyvi, jei nėra alosterinio aktyvatoriaus - N-acetilglutamatas. Pastarojo koncentracija priklauso nuo jo pirmtakų (acetil-CoA ir glutamato), taip pat arginino, kuris yra allosterinis N-acetilglutamato sintazės aktyvatorius, koncentracijos:

Acetil CoA + GlutamatasN-acetilglutamatas + CoA-SH

Ornitino ciklo fermentų koncentracija priklauso nuo baltymų kiekio maiste. Pereinant prie dietos, kurioje gausu baltymų, kepenyse suaktyvėja ornitino ciklo fermentų sintezė. Grįžtant prie subalansuotos mitybos sumažėja fermentų koncentracija. Nevalgius, padidėjus audinių baltymų skaidymui ir aminorūgščių, kaip energijos substratų, naudojimui, didėja amoniako gamyba, didėja ornitino ciklo fermentų koncentracija.

24.4.4. Ornitino ciklo sutrikimai. Metaboliniai sutrikimai yra žinomi dėl dalinio kiekvieno iš 5 fermentų, kurie katalizuoja karbamido sintezės reakcijas kepenyse, taip pat N-acetilglutamato sintazės blokavimo. Atrodo, kad šie genetiniai defektai yra daliniai. Atrodo, kad visiškas bet kurio karbamido ciklo etapo blokavimas kepenyse yra nesuderinamas su gyvybe, nes nėra kito veiksmingo būdo pašalinti amoniaką.

Dažnas visų karbamido sintezės sutrikimų simptomas yra padidėjęs NH4 + kiekis kraujyje ( hiperamonemija). Sunkiausios klinikinės apraiškos stebimos esant fermento karbamoilfosfato sintetazės defektui. Klinikiniai simptomai, būdingi visiems karbamido ciklo sutrikimams, yra vėmimas, koordinacijos sutrikimas, dirglumas, mieguistumas ir protinis atsilikimas. Jei liga nediagnozuojama, greitai ištinka mirtis. Vyresniems vaikams ligos pasireiškimai yra dirglumas, kepenų padidėjimas ir pasibjaurėjimas maistui, kuriame yra daug baltymų.

Laboratorinė ligų diagnostika apima amoniako ir ornitino ciklo metabolitų kiekio kraujyje, šlapime ir smegenų skystyje nustatymą; in sunkių atvejų kreiptis į kepenų biopsiją.

Ryškus pagerėjimas pastebimas ribojant baltymų mitybą ir galima išvengti daugelio smegenų sutrikimų. Dėl mažai baltymų turinčios dietos sumažėja amoniako kiekis kraujyje ir pagerėja klinikinis vaizdas, esant lengvoms šių paveldimų sutrikimų formoms. Maistas turi būti vartojamas dažnai, mažomis porcijomis, kad būtų išvengta staigaus amoniako kiekio kraujyje padidėjimo.

24.4.5. Karbamido nustatymo kraujyje ir šlapime klinikinė ir diagnostinė reikšmė. Kraujyje sveikas žmogus karbamido kiekis yra 3,33 - 8,32 mmol/l. Per dieną su šlapimu išsiskiria 20-35 g karbamido.

Karbamido kiekio kraujyje pokyčiai ligų metu priklauso nuo jo susidarymo kepenyse ir išsiskyrimo per inkstus procesų santykio. Karbamido kiekio kraujyje padidėjimas (hiperasotemija) stebimas esant inkstų nepakankamumui, sumažėjus kepenų nepakankamumui, laikantis mažai baltymų turinčios dietos.

Karbamido išsiskyrimas su šlapimu padidėja valgant maistą, kuriame yra daug baltymų, sergant ligomis, kurias lydi padidėjęs baltymų katabolizmas audiniuose, vartojant tam tikrus vaistus (pavyzdžiui, salicilatus). Karbamido išsiskyrimo su šlapimu sumažėjimas būdingas ligoms ir toksiniams kepenų pažeidimams, inkstų ligoms, kartu su jų filtravimo pajėgumo pažeidimu.

karbamido biosintezė. Ryšys tarp ornitino ciklo ir TCA ciklo. Karbamido azoto atomų kilmė. Karbamido sintezės ir išskyrimo pažeidimai. Hiperamonemija

Biologija ir genetika

Karbamidas yra pagrindinis galutinis azoto apykaitos produktas, kuriame iš organizmo pasišalina iki 90% viso išskiriamo azoto. Karbamido išskiriama 25 g per dieną. Padidėjus su maistu suvartojamų baltymų kiekiui, didėja karbamido išsiskyrimas.

karbamido biosintezė. Ryšys tarp ornitino ciklo ir TCA ciklo. Karbamido azoto atomų kilmė. Karbamido sintezės ir išskyrimo pažeidimai. Hiperamonemija.

Karbamidas yra pagrindinis galutinis azoto metabolizmo produktas.kurioje iš organizmo pasišalina iki 90 % viso išskiriamo azoto. Karbamido išskyrimas paprastai yra ~25 g per dieną. Padidėjus su maistu suvartojamų baltymų kiekiui, didėja karbamido išsiskyrimas. Karbamidas sintetinamas tik kepenyse. Kepenų pažeidimas ir sutrikusi karbamido sintezė padidina amoniako ir aminorūgščių (pirmiausia glutamino ir alanino) kiekį kraujyje ir audiniuose.

Karbamidas (karbamidas) – pilnas anglies rūgšties amidas – turi 2 azoto atomus.vieno šaltinis iš kurių yra amoniakas, kuris kepenyse jungiasi su anglies dioksidu ir susidaro karbamoilo fosfatas, veikiant karbamoilfosfato sintetazei I.

Be to, veikiant ornitinkarbamoiltransferazei, karbamoilfosfato karbamoilo grupė perkeliama į α-aminorūgštį ornitiną ir susidaro kita α-aminorūgštis – citrulinas. Kitoje reakcijoje argininosukcinato sintetazė sujungia citruliną su aspartatu ir sudaro argininosukcinatą (arginino gintaro rūgštį). Šiam fermentui reikia Mg2+ jonų. Reakcijai sunaudojama 1 mol ATP, tačiau sunaudojama dviejų makroerginių ryšių energija. Aspartatas yra antrojo karbamido azoto atomo šaltinisBe to, fermentas argininosukcinato liazė (argininosukcinazė) skaido argininosukcinatą į argininą ir fumaratą, o aspartato amino grupė yra arginino molekulėje. Argininą hidrolizuoja arginazė, kad susidarytų ornitinas ir karbamidas. Arginazės kofaktoriai yra Ca2+ arba Mn2+ jonai. Didelės koncentracijos ornitinas ir lizinas, kurie yra struktūriniai arginino analogai, slopina šio fermento aktyvumą. Susidaręs ornitinas sąveikauja su nauja karbamoilo fosfato molekule ir ciklas užsidaro. Pirmosios dvi proceso reakcijos vyksta hepatocitų mitochondrijose. Tada citrulinas, kuris yra šių reakcijų produktas, yra transportuojamas į citozolį, kur vyksta tolimesnės transformacijos.

Bendra karbamido sintezės lygtis:

CO2 + NH3 + Aspartatas + 3 ATP + 2 H2O → Karbamidas + Fumaratas + 2 (ADP + H3P04) + AMP + H4P2O7.

Ornitino ciklo ir bendro katabolizmo kelio santykis. Fumaratas, susidaręs suskaidžius argininosukcinatą, paverčiamas malatu, kuris vėliau perkeliamas į mitochondrijas, įtraukiamas į TCA ciklą ir dehidrogenuojamas, kad susidarytų oksaloacetatas. Šią reakciją lydi 3 ATP molekulių išsiskyrimas, kurios kompensuoja vienos karbamido molekulės sintezės energijos sąnaudas.

Hiperamonemija Amoniako neutralizavimo reakcijų pažeidimas gali padidinti amoniako kiekį kraujyje- hiperamonemija, kuri turi toksinį poveikį organizmui. Hiperamonemijos priežastys gali būti tiek genetinis ornitino ciklo fermentų kepenyse defektas, tiek antrinis kepenų pažeidimas dėl cirozės, hepatito ir kitų ligų. Yra žinomos penkios paveldimos ligos, kurias sukelia penkių ornitino ciklo fermentų defektas:

Paveldimi ornitino ciklo sutrikimai ir pagrindinės jų apraiškos

Ornitino ciklo pažeidimas stebimas sergant įvairių etiologijų hepatitu ir kai kuriais kitais. virusinės ligos. Pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad gripo virusai ir kitos ūminės kvėpavimo takų infekcijos virusinės infekcijos sumažinti karbamoilfosfato sintetazės I aktyvumą. Sergant ciroze ir kitomis kepenų ligomis, taip pat dažnai stebima hiperamonemija. Sumažėjus bet kurio karbamido sintezės fermento aktyvumui, šio fermento ir jo pirmtakų substratas kaupiasi kraujyje. Taigi, esant argininosukcinato sintetazės defektui, padidėja citrulino kiekis (citrulinemija); su arginazės defektu - arginino, argininosukcinato, citrulino ir kt. Sergant I ir II tipo hiperamonemija, dėl ornitino karbamoiltransferazės defekto karbamoilfosfatas kaupiasi mitochondrijose ir patenka į citozolį. Dėl to padidėja pirimidino nukleotidų sintezės greitis (dėl karbamoilfosfato sintetazės II aktyvacijos), dėl ko kaupiasi orotatas, uridinas ir uracilas ir jie išsiskiria su šlapimu. Visų metabolitų kiekis didėja, o pacientų būklė pablogėja padidėjus baltymų kiekiui maiste. Ligos eigos sunkumas priklauso ir nuo fermentų aktyvumo sumažėjimo laipsnio. Visi ornitino ciklo pažeidimai žymiai padidina amoniako, glutamino ir alanino koncentraciją kraujyje.

Hiperamonemijakartu su šiais simptomais:

1. pykinimas, pasikartojantis vėmimas;
2. galvos svaigimas, traukuliai;
3. sąmonės netekimas, smegenų edema (sunkiais atvejais);
4. protinis atsilikimas (lėtinė įgimta forma
5. Visi hiperamonemijos simptomai yra amoniako poveikio centrinei nervų sistemai pasireiškimas (žr. IV, B poskyrį aukščiau).

Diagnostikai įvairių tipų hiperamonemijos nustato amoniako kiekį kraujyje, ornitino ciklo metabolitus kraujyje ir šlapime, fermentų aktyvumą kepenų biopsijose. Pagrindinis diagnostikos požymis yraamoniako koncentracijos kraujyje padidėjimas. Amoniako kiekis kraujyje gali siekti 6000 µmol/l (normalus – 60 µmol/l). Tačiau daugeliu lėtinių atvejų amoniako kiekis gali padidėti tik po baltymų kiekio arba ūmių, komplikuotų ligų metu.

Amoniako susidarymo būdai

Amoniakas susidaro visuose audiniuose, ypač smegenyse, o neutralizuojamas kepenyse ir inkstuose.

Ugdymo būdai:

1) deaminavimas a / to-t;

2) purino bazių deamininimas;

3) pirimidino bazių skilimas;

4) amidų deamidinimas;

5) biogeninių aminų deamininimas;

6) heksozaminų skilimas

Deaminacija- pagrindinis irimo (katabolizmo) kelias a / iki t. Per dieną deaminuojama apie 70 g a/to-t.

1) hidrolizinis

2) redukcinė deaminacija

3) intramolekuliniai (asp, asn ir gis),

4) oksidacinis (ši rūšis yra bazinė (glu).

Procesas vyksta veikiant fermentui - glutamatui DG, kuris yra aktyvioje formoje.

Amoniako neutralizavimo būdai.

Amoniakas mažomis dozėmis yra fiziologinis dirgiklis, didelėmis dozėmis – toksiška medžiaga. Todėl amoniako koncentracija organizme turi būti žema – 60 μM/l. Amoniako homeostazė palaikoma jį neutralizuojant audiniuose.

Būdai:

1) amidinimas;

2) amonio genezė;

3) redukcinis aminavimas;

4) karbamido sintezė.

Amoniakas, susidaręs deamidacijos metu kepenyse, yra neutralizuojamas ir naudojamas karbamido sintezei. Inkstuose - dėl amonio druskų susidarymo (amonio genezė). Kepenyse ir kituose audiniuose reakcijos metu neutralizuojamas amoniakas redukcinis aminavimas. Kepenyse daugiausia vyksta karbamido susidarymo procesas, kuris yra pagrindinis amoniako detoksikacijos būdas.

Karbamido susidarymas vadinamas ornitino ciklu arba citrulino teorija. Karbamido sintezė vyksta kepenų MTX. Anksčiau MTX pagal veiksmą karbamoilfosfato sintetazė I vartojant 2ATP, amoniakas jungiasi su CO2 ir susidaro karbamoilo fosfatas:

1. MTH ornitinkarbamoiltransferazė perkelia karbamoilo fosfato karbamoilo grupę į ornitiną ir susidaro citrulinas:

2. Citozolyje argininosukcinato sintetazė kainomis 1ATP (2 makroerginiai ryšiai) suriša citruliną su aspartatu ir susidaro argininosukcinatas (arginino gintaro rūgštis) Fermentui reikia Mg2 + mAspartatas yra 2-ojo karbamido azoto atomo šaltinis.

3.Citozolyje argininosukcinato liazė (arginino sukcinazė) skaido argininosukcinatą į argininą ir fumaratą (aspartato amino grupė yra arginine).

Fumaratas CTC.

4. Citozolyje arginazė hidrolizuoja argininą į ornitiną ir karbamidą. Arginazė turi Ca2+ arba Mn2+ jonų kofaktorių, didelės koncentracijos ornitinas ir lizinas yra inhibitoriai.

Susidaręs ornitinas sąveikauja su nauja karbamoilo fosfato molekule ir ciklas užsidaro. Karbamidas išsiskiria į kraują-> inkstus->.

Bendra karbamido sintezės lygtis:

CO2 + NH3 + asp + 3ATP + 2H2O → karbamidas + fumaratas + 2ADP + AMP + 2Pn + FFn.

1 karbamido molekulės sintezei sunaudojamos 4 makroerginės 3ATP jungtys.

Ciklo funkcijos:

1. AA azotą paverčia karbamidu, kuris išsiskiria ir neleidžia kauptis toksiškiems produktams, daugiausia amoniakui.

2.arginino sintezė ir jo fondo papildymas organizme.

Ciklo pertrauka:

1. 1 tipo hiperamonemija – karbomailo fosfato sintetazės defektas.

2. 2 tipo hiperamonemija

3. Citrulinemija

4. Orginin sukcinatomija

5. Hiperarinemija.

Karbamido susidarymas - viena iš svarbiausių detoksikuojančių kepenų funkcijų, susidedantis iš toksiškų baltymo molekulės fragmentų pavertimo netoksiška medžiaga. Deaminuojant a / iki - t, nukleotidus ir kitus azoto junginius, kepenys dalyvauja amoniako sintezėje, kurio viršijimas maksimaliai leistinas koncentracijas tampa labai toksiškas organizmui. Amoniako detoksikacija vyksta naudojant jį karbamido sintezei.

Pilno teksto paieška:

Pagrindinis puslapis > Santrauka > Biologija

ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA

RUSIJOS FEDERACIJA

FEDERALINĖ ŠVIETIMO AGENTŪRA

RAMIOJI VALSTYBĖS EKONOMIKOS

UNIVERSITETAS

Inžinerinių disciplinų ir išteklius tausojančių technologijų katedra

ESĖ

Pagal discipliną: „Cheminių-technologinių procesų valdymo sistema“

Tema: Proteolizė. Karbamido ciklas.

Užbaigta:

Studentas Gr -----PB

Patikrinta:

Mokytojas

Shlicht A. G.

Vladivostokas

1. Baltymų metabolizmas: Bendra informacija 3

2. Proteolizė 4

3. Karbamido ciklas 6

4. Karbamidas 8

Literatūra 10

1. Baltymų apykaita: bendra informacija

Kiekybiškai baltymai sudaro svarbiausią makromolekulių grupę. 70 kg sveriančiame žmogaus kūne yra apie 10 kg baltymų, o didžioji jų dalis yra lokalizuota raumenyse. Palyginti su baltymais, kitų azoto turinčių medžiagų dalis organizme yra nereikšminga. Todėl azoto balansą organizme lemia baltymų apykaita, kurią reguliuoja keli hormonai, pirmiausia testosteronas ir kortizolis.

Suaugusio žmogaus organizme azoto apykaita iš esmės yra subalansuota, t.y. įeinančio ir išeinančio baltyminio azoto kiekiai yra maždaug vienodi. Jei išleidžiama tik dalis naujai tiekiamo azoto, balansas yra teigiamas. Tai pastebima, pavyzdžiui, organizmo augimo metu. Neigiamas balansas yra retas, daugiausia dėl ligų.

Baltymai, gauti su maistu, virškinimo trakte visiškai hidrolizuojami į aminorūgštis, kurios pasisavinamos ir pasiskirsto organizme per kraują. 8 iš 20 baltymų aminorūgščių negali būti susintetintos žmogaus organizme. Šios nepakeičiamos aminorūgštys turi būti gaunamos su maistu.

Per žarnyną ir šiek tiek per inkstus organizmas nuolat netenka baltymų. Dėl šių neišvengiamų nuostolių kasdien su maistu būtina gauti ne mažiau kaip 30 g baltymų. Šios minimalios normos kai kuriose šalyse beveik nesilaikoma, o išsivysčiusiose šalyse baltymų kiekis maiste dažniausiai gerokai viršija normą. Aminorūgštys organizme nesikaupia, perteklinis aminorūgščių suvartojimas kepenyse oksiduojasi arba sunaudojama iki 100 g aminorūgščių per dieną. Juose esantis azotas virsta karbamidu ir tokia forma išsiskiria su šlapimu, o anglies skeletas naudojamas angliavandenių, lipidų sintezei arba oksiduojamas, kad susidarytų ATP.

Daroma prielaida, kad suaugusio žmogaus organizme 300-400 g baltymų kasdien sunaikinama iki aminorūgščių (proteolizė), tuo pačiu maždaug tiek pat aminorūgščių patenka į naujai susidariusias baltymų molekules (baltymų biosintezė). ). Didelė baltymų apykaita organizme būtina, nes daugelis baltymų yra gana trumpaamžiai: jie pradeda atsinaujinti praėjus kelioms valandoms po sintezės, o biocheminis pusinės eliminacijos laikas yra 2-8 dienos. Pasirodo, pagrindiniai tarpinio metabolizmo fermentai yra dar trumpesni. Jie atnaujinami praėjus kelioms valandoms po sintezės. Šis nuolatinis naikinimas ir resintezė leidžia ląstelėms greitai reguliuoti svarbiausių fermentų lygį ir veiklą, kad būtų patenkinti medžiagų apykaitos poreikiai. Priešingai, struktūriniai baltymai, histonai, hemoglobinas arba citoskeleto komponentai yra ypač patvarūs.

Intraląstelinis baltymų skaidymas (proteolizė) iš dalies vyksta liposomose. Be to, citoplazmoje yra organelių, vadinamųjų proteasomų, kuriose sunaikinami netinkamai susilankstę arba denatūruoti baltymai. Tokios molekulės atpažįstamos specialių žymenų pagalba.

2. Proteolizė

Baltymų skaidymo į laisvas aminorūgštis procesas vadinamas proteolize. Norint visiškai suskaidyti baltymus į laisvas aminorūgštis, reikalingi keli skirtingo specifiškumo fermentai. Proteinazės ir peptidazės yra ne tik virškinamajame trakte, bet ir ląstelėse. Pagal substrato molekulės atakos vietą proteolitiniai fermentai skirstomi į endopeptidazes ir egzopeptidazes. Endopeptidazės arba proteinazės suskaido peptidinę jungtį peptidinėje grandinėje. Jie „atpažįsta“ ir suriša trumpas substratų peptidines sekas ir santykinai specifiškai hidrolizuoja ryšius tarp tam tikrų aminorūgščių liekanų. Proteinazės klasifikuojamos pagal reakcijos mechanizmą. Serino proteinazėse aktyviajame centre yra serino liekanos, kurios yra svarbios šių fermentų kataliziniam veikimui; cisteino proteinazėse tai yra cisteino liekana ir kt. Egzopeptidazės hidrolizuoja peptidus iš grandinės galo: aminopeptidazės – iš N-galo, karboksipeptidazės – iš C-galo. Galiausiai dipeptidazės skaldo tik dipeptidus.

Proteasomos

Kadangi funkciniai ląstelės baltymai turi būti apsaugoti nuo ankstyvos proteolizės, dalis ląstelės proteolitinių fermentų yra uždaryta liposomose (žr. p. 228). Kita gerai reguliuojama baltymų skaidymo sistema yra citoplazmoje. Jį sudaro dideli baltymų kompleksai (molekulinė masė 2–106 Da), proteasomos. Proteasomose yra statinės formos branduolys, sudarytas iš 28 subvienetų, o nusėdimo koeficientas yra 20S. Proteolitinis aktyvumas (schemoje parodytas kaip žirklės) yra lokalizuotas vidiniame 20S branduolyje. Statinių galuose jie yra užrakinti sudėtingomis 19S dalelėmis, kurios kontroliuoja prieigą prie šerdies.

Baltymai, kurie netrukus bus skaidomi proteasomoje (pvz., turintys transkripcijos klaidų arba pasenusių molekulių), yra paženklinti kovalentiniu prisijungimu prie mažo baltymo ubikvitino. Ubikvitinas aktyvuojamas dėl tiolio esterio ryšio. Ub pažymėtos („ubikvitinuotos“) molekulės atpažįstamos 19S dalelių, suvartojančių ATP, ir patenka į branduolį, kur suskaidomos. Ubikvitinas nesunaikinamas ir po aktyvavimo vėl naudojamas.

Serino proteinazės

Didelėje proteinazių grupėje aktyviame centre yra serino. Serino proteinazės apima, pavyzdžiui, virškinimo fermentus tripsiną, chimotripsiną ir elastazę, daugelį kraujo krešėjimo faktorių, taip pat fibrinolizinį fermentą plazminą ir jo aktyvatorius.

Kaip parodyta paveikslėlyje, kasos proteinazės išskiriamos kaip profermentai (zimogenai). Tokių fermentų aktyvinimas pagrįstas proteolitiniu skilimu. Aktyvinimo procesą iliustruoja tripsinogeno, tripsino pirmtako, pavyzdys (1). Gaidys prasideda nuo N-galinio heksapeptido skilimo enteropeptidaze ("enterokinaze"), specifine serino proteinaze, kuri yra lokalizuota žarnyno epitelio membranose. Skilimo produktas (β-tripsinas) yra fermentiškai aktyvus ir paveiksle raudonai pažymėtose vietose skaldo kitą tripsinogeno molekulę (autokatalizinis aktyvavimas). Tripsinas taip pat aktyvuoja chimotripsino, elastazės, karboksipeptidazės A ir kt. profermentus.

Tripsino aktyvi vieta parodyta 2 schemoje. Serino liekana, dalyvaujant histidino ir aspartato liekanoms, nukleofiliškai atakuoja suskaidomą jungtį (raudona rodyklė). Skaldoma peptidinio substrato dalis yra lizino liekanos C-galinėje pusėje, kurios šoninė grandinė katalizės metu fiksuojama specialioje fermento „kišenėje“.

3. Karbamido ciklas

Karbamido ciklas, ciklinis fermentinis procesas, susidedantis iš nuoseklių aminorūgšties ornitino transformacijų ir sukeliančių karbamido sintezę. Karbamido ciklas. - svarbiausias amoniako asimiliacijos (taigi ir jo neutralizavimo) būdas daugelyje gyvūnų rūšių, taip pat augaluose ir mikroorganizmuose. Geriausia reakcija yra karbamido ciklas. tirta su žinduoliais (H. Krebs ir K. Henseleit, 1932 ir kt.), kuriuose jie atliekami daugiausia kepenyse. Karbamido ciklas susideda iš trijų pagrindinių reakcijų: ornitino pavertimo citrulinu, citrulino argininu ir arginino skilimo į karbamidą ir ornitiną.

Karbamido ciklas randamas žinduoliuose, varlėse, vėžliuose, sliekuose, tačiau jo nėra gyvatėse, paukščiuose ir kaulinėse žuvyse (jis veikia rykliuose). Augaluose ir mikroorganizmuose karbamido ciklas yra svarbus būdas surišant amonio druskas ir paverčiant jas organiniais azoto junginiais.

Aminorūgščių skilimas pirmiausia vyksta kepenyse. Tai tiesiogiai arba netiesiogiai išskiria amoniaką. Nemažai amoniako susidaro skaidant purinus ir pirimidinus.

Amoniakas (viršuje kairėje diagramoje), vidutinio stiprumo bazė, yra ląstelių nuodas. Esant didelėms koncentracijoms, jis daugiausia kenkia nervų ląstelės. Todėl amoniakas turi būti greitai inaktyvuotas ir pasišalinti iš organizmo. Žmogaus kūne tai visų pirma atsiranda dėl karbamido susidarymo (diagramoje viduryje kairėje), dalis NH 3 išsiskiria tiesiogiai per inkstus.

At skirtingi tipai Stuburiniams gyvūnams amoniako inaktyvacija ir išskyrimas vyksta įvairiais būdais. Vandenyje gyvenantys gyvūnai išskiria amoniaką tiesiai į vandenį; pavyzdžiui, žuvyse jis išsiskiria per žiaunas (ammonioteliniai organizmai). Sausumos stuburiniai gyvūnai, įskaitant žmones, išskiria tik nedidelį kiekį amoniako, o didžioji jo dalis paverčiama karbamidu (ureoteliniais organizmais). Kita vertus, formuojasi paukščiai ir ropliai šlapimo rūgštis, kuris dėl vandens taupymo išsiskiria daugiausia kietu pavidalu (urikoteliniai organizmai).

Karbamidas susidaro dėl ciklinės kepenyse vykstančių reakcijų sekos. Abu azoto atomai yra paimti iš laisvo amoniako, o dėl aspartato deamininimo karbonilo grupė paimama iš bikarbonato. Pirmajame reakcijos etape iš bikarbonato (HCO 3 -) ir amoniako sunaudojant 2 ATP molekules susidaro karbamoilo fosfatas. Kaip anhidridas, šis junginys pasižymi dideliu reaktyvumu. Kitame reakcijos etape karbamoilo liekana perkeliama į ornitiną, kad susidarytų citrulinas. Antroji karbamido molekulės amino grupė tiekiama reaguojant aspartatui (diagramoje apačioje dešinėje) su citrulinu. Šiai reakcijai vėl reikalinga energija ATP pavidalu, kuri vėliau suskaidoma į AMP ir difosfatą. Siekiant užtikrinti reakcijos negrįžtamumą, difosfatas visiškai hidrolizuojamas (neparodyta). Fumarato skilimas iš argininosukcinato sukelia argininą, iš kurio hidrolizės metu susidaro izokarbamidas, kuris dėl persitvarkymo iš karto virsta karbamidu. Likęs ornitinas vėl įtraukiamas į karbamido ciklą.

Karbamido cikle susidaręs fumaratas dėl dviejų citrato ciklo etapų gali pereiti per malatą į oksaloacetatą, kuris dėl transaminacijos toliau virsta aspartatu. Pastarasis taip pat vėl dalyvauja karbamido cikle.

Karbamido biosintezei reikia daug energijos. Reikiama energija tiekiama skylant keturiems didelės energijos ryšiams: du karbamoilo fosfato sintezės metu ir du (!) susidarant argininosukcinatui (ATP → AMP + PPi, PPi → 2Pi).

Karbamido ciklas vyksta tik kepenyse. Jis yra padalintas į du skyrius: mitochondrijas ir citoplazmą. Tarpinių citrulino ir ornitino junginių prasiskverbimas per membraną įmanomas tik naudojant nešiklius. Abi aminorūgštys yra nebaltyminės kilmės.

Karbamido sintezės greitį lemia pirmoji ciklo reakcija. Karbamoilfosfato sintazė veikia tik esant N-acetilglutamatui. Metabolinė būklė (arginino lygis, energijos tiekimas) labai priklauso nuo šio allosterinio efektoriaus koncentracijos.

4. Karbamidas

Karbamidas, karbamidas, H3NCONH3, pilnas anglies rūgšties amidas, karbamo rūgšties amidas; bespalviai kristalai (temp. 132,7°C), lengvai tirpsta vandenyje, alkoholyje, skystame amoniake, sieros diokside. Prancūzų chemikas I. Ruelle (1773) atrado šlapime, identifikavo anglų chemikas W. Prout (1818), pirmą kartą susintetino F. Wöhler (1828) kaitindamas amonio cianatą NH5NCO. Būtent šis atradimas davė pirmąjį smūgį idealistinei vitalistinei vadinamosios gyvybės jėgos doktrinai. Karbamidas yra labai reaktyvus junginys; sudaro sudėtingus junginius su daugeliu medžiagų, pavyzdžiui, su vandenilio peroksidu CO (NH 2) 2 ·H 2 O 2, su įprastais sočiaisiais angliavandeniliais; pastaroji reakcija naudojama pramonėje aliejų devaškavimui (taip pat žr. Inclusion Compounds). Kaitinamas iki 150-160°C, karbamidas suyra ir susidaro biuretas H 2 NCONHCONH 2, NH 3, CO 2 ir kiti produktai; kaitinant vandeninius tirpalus lėtai hidrolizuojasi iki CO 2 ir NH 3 (greitai esant rūgštims ir šarmams), su rūgštimis (HNO 3, HCl ir kt.) susidaro druskos, pvz. CO (NH 2) 2 HNO 3 . alkilinimo metu. susidaro alkilkarbamidai RNHCONH 2, acilinant - ureidai RCONHCONH 2, sąveikaujant su alkoholiais - uretanai H 2 NCOOR. M. lengvai kondensuojasi su formaldehidu. Vandenilio atomas NH 2 grupėje taip pat gali būti pakeistas halogeno atomais (F, Cl 2).

Karbamidas. - galutinis daugumos stuburinių gyvūnų ir žmonių baltymų apykaitos produktas. Randama kraujyje, raumenyse, seilėse, limfoje, piene ir kituose skysčiuose bei audiniuose (normalus kiekis žmogaus kraujyje yra 18-38 mg/100 ml). Karbamido biosintezė iš galutiniai produktai baltymų – NH4 ir CO 2 – skilimas vyksta kepenyse dėl eilės biocheminių reakcijų – karbamido ciklo, arba ornitino ciklo (M. ir ornitinas susidaro fermentiškai skaidant aminorūgštį argininą). Gyvūnams, kurie NH 3 jungiasi su šlapimo rūgštimi, ornitino ciklas prarandamas.

Karbamidas. dalyvauja reguliuojant gyvūnų vandens režimą: palaiko audinių hipertoniškumą (ryklių žuvys) ir užtikrina jų hidrataciją (sausumos gyvūnai). Karbamidas. išsiskiria per inkstus ir prakaito liaukas (per parą žmogus išskiria apie 25-30 g). Karbamido kiekis šlapime priklauso nuo baltymų kiekio ir sudėties maiste, baltymų skilimo lygio (padidėja dirbant fizinį darbą, karščiuojant, sergant cukriniu diabetu). Esant sutrikusiai inkstų funkcijai ir ligoms, susijusioms su padidėjusiu audinių baltymų skilimu, šlapalo kiekis. padidėja kraujyje.

Pramonėje karbamidas. gaunamas iš amoniako ir anglies dioksido (160-200 °C, 100-400 at):

2NH4 + CO2 ® ® H3NCONH3 + H3O.

Jis randa platų pritaikymą. karbamidas - žaliava gauti karbamidines dervas, taip pat trąšas, cianatus, hidraziną, cianuro rūgštį ir jos esterius, kai kuriuos dažus, migdomuosius (pavyzdžiui, veronalą, luminalą, bromuralą); medicinos praktikoje karbamidas. pure naudojamas kaip dehidratacijos priemonė, siekiant išvengti ir sumažinti smegenų edemą ir kt.

proteolizė Bandomasis darbas >> Biologija

Nervai. Sekretorė ciklas folikulai – Sekretoriuje ciklas išskiriami du folikulai ... lizosominio aparato pagalba jie yra proteolizė ir iš fagocituotų ... (0,6%), natrio chlorido (0,5%), priemaišų molekulių karbamidas, cholena ir lakiosios riebalų rūgštys...