Որպեսզի մարդու օրգանիզմը պահպանի բնականոն կյանքը, մշակել է թունավոր նյութերի վերացման մեխանիզմներ։ Դրանցից ամոնիակը ազոտային միացությունների, հիմնականում սպիտակուցների նյութափոխանակության վերջնական արդյունքն է: NH3 թունավոր է օրգանիզմի համար և, ինչպես ցանկացած թույն, արտազատվում է արտազատման համակարգի միջոցով: Բայց մինչ ամոնիակը ենթարկվում է մի շարք հաջորդական ռեակցիաների, որոնք կոչվում են օրնիտինի ցիկլ:
Ազոտի նյութափոխանակության տեսակները
Ոչ բոլոր կենդանիներն են ամոնիակ արտազատում շրջակա միջավայր: Ազոտի նյութափոխանակության այլընտրանքային վերջնական նյութերն են միզաթթուն և միզանյութը: Ըստ այդմ, կոչվում են ազոտի նյութափոխանակության երեք տեսակ՝ կախված արձակված նյութից։
Ամոնիոտելի տեսակ. Այստեղ վերջնական արտադրանքը ամոնիակն է: Ջրում լուծվող անգույն գազ է։ Ամոնիոթելիան բնորոշ է աղի ջրում ապրող բոլոր ձկներին:
Ուրեոտիկ տեսակ. Կենդանիները, որոնք բնութագրվում են ureothelia- ով, միզանյութ են թողնում շրջակա միջավայր: Օրինակներն ենքաղցրահամ ջրերի ձկներ, երկկենցաղներ և կաթնասուններ, ներառյալ մարդիկ։
Ուրիկոտելիկ տեսակ. Սա ներառում է կենդանական աշխարհի այն ներկայացուցիչները, որոնցում վերջնական մետաբոլիտը միզաթթվի բյուրեղներն են։ Այս նյութը որպես ազոտի նյութափոխանակության արդյունք հանդիպում է թռչունների և սողունների մոտ։
Այս դեպքերում նյութափոխանակության վերջնական արդյունքի խնդիրն է օրգանիզմից հեռացնել ավելորդ ազոտը: Եթե դա տեղի չունենա, նկատվում է բջիջների հարկում և կարևոր ռեակցիաների արգելակում։
Ի՞նչ է միզանյութը:
Միզանյութը կարբոնաթթվի ամիդ է: Այն առաջանում է ամոնիակից, ածխածնի երկօքսիդից, ազոտից և որոշակի նյութերի ամինային խմբերից՝ օրնիտինային ցիկլի ռեակցիաների ժամանակ։ Միզանյութը ուրեոտիկ կենդանիների, այդ թվում՝ մարդկանց արտազատվող արտադրանքն է:
Միզանյութը օրգանիզմից ավելորդ ազոտի արտազատման եղանակներից մեկն է: Այս նյութի առաջացումը պաշտպանիչ գործառույթ ունի, քանի որ. urea precursor - ամոնիակ, թունավոր մարդկային բջիջների համար:
100 գ տարբեր բնույթի սպիտակուցը մշակելիս մեզի միջոցով արտազատվում է 20-25 գ միզանյութ։ Նյութը սինթեզվում է լյարդում, այնուհետև արյան հոսքի հետ մտնում է երիկամի նեֆրոն և արտազատվում մեզի հետ միասին։
Լյարդը միզանյութի սինթեզի հիմնական օրգանն է
Ամբողջ մարդու մարմնում չկա այնպիսի բջիջ, որում առկա լինեն օրնիտինի ցիկլի բացարձակապես բոլոր ֆերմենտները։ Բացառությամբ հեպատոցիտների, իհարկե: Լյարդի բջիջների գործառույթը ոչ միայն հեմոգլոբինի սինթեզն ու ոչնչացումն է, այլ նաև միզանյութի սինթեզի բոլոր ռեակցիաներն իրականացնելը։
ՏակՕրնիտինի ցիկլի նկարագրությունը համապատասխանում է այն փաստին, որ դա օրգանիզմից ազոտը հեռացնելու միակ միջոցն է: Եթե գործնականում արգելվում է հիմնական ֆերմենտների սինթեզը կամ գործողությունը, ապա միզանյութի սինթեզը կդադարի, և մարմինը կմահանա արյան մեջ ամոնիակի ավելցուկից:
Օռնիտինի ցիկլ. Ռեակցիաների կենսաքիմիա
Միզի սինթեզի ցիկլը տեղի է ունենում մի քանի փուլով: Օրնիտինի ցիկլի ընդհանուր սխեման ներկայացված է ստորև (նկար), ուստի յուրաքանչյուր ռեակցիա կվերլուծենք առանձին։ Առաջին երկու փուլերը տեղի են ունենում անմիջապես լյարդի բջիջների միտոքոնդրիայում:
NH3 արձագանքում է ածխաթթու գազի հետ՝ օգտագործելով երկու ATP մոլեկուլ: Այս էներգիա սպառող ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է կարբամոյլ ֆոսֆատ, որը պարունակում է մակրոէերգիկ կապ։ Այս գործընթացը կատալիզացվում է կարբամոիլ ֆոսֆատ սինթետազ ֆերմենտի միջոցով:
Կարբամոյլ ֆոսֆատը փոխազդում է օրնիտինի հետ օրնիտին կարբամոյլ տրանսֆերազա ֆերմենտի միջոցով: Արդյունքում, բարձր էներգիայի կապը քայքայվում է, և դրա էներգիայի շնորհիվ ձևավորվում է ցիտրուլին:
Երրորդ և հաջորդ փուլերը տեղի են ունենում ոչ թե միտոքոնդրիում, այլ հեպատոցիտների ցիտոպլազմայում։
Կա ռեակցիա ցիտրուլինի և ասպարտատի միջև։ 1 ATP մոլեկուլի սպառմամբ և արգինին-սուկցինատ սինթազ ֆերմենտի գործողությամբ առաջանում է արգինին-սուկցինատ։
Arginino-succinate, arginino-succin-lyase ֆերմենտի հետ միասին, տրոհվում է արգինինի և ֆումարատի:
Արգինինը ջրի առկայությամբ և արգինազի ազդեցության տակ տրոհվում է օրնիտինի (1 ռեակցիա) և միզանյութի (վերջնական արտադրանք): Ցիկլը ավարտված է։
Ուրայի սինթեզի ցիկլի էներգիա
Օռնիտինի ցիկլը էներգիա սպառող գործընթաց է, որի ժամանակ սպառվում են ադենոզին տրիֆոսֆատի (ATP) մոլեկուլների մակրոէերգիկ կապերը: Բոլոր 5 ռեակցիաների ընթացքում ընդհանուր առմամբ ձևավորվում է 3 ADP մոլեկուլ։ Բացի այդ, էներգիան ծախսվում է նյութերի փոխադրման վրա միտոքոնդրիայից ցիտոպլազմա և հակառակը։ Որտեղի՞ց է առաջանում ATP-ն:
Ֆումարատը, որը ձևավորվել է չորրորդ ռեակցիայի ժամանակ, կարող է օգտագործվել որպես սուբստրատ եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլում։ Ֆումարատից մալատի սինթեզի ընթացքում արտազատվում է NADPH, որի արդյունքում առաջանում է 3 ATP մոլեկուլ։
Գլուտամատային դեամինացման ռեակցիան նույնպես դեր է խաղում լյարդի բջիջներին էներգիայով ապահովելու գործում: Միաժամանակ արտազատվում է նաև ATP 3 մոլեկուլ, որոնք օգտագործվում են միզանյութի սինթեզի համար։
Օռնիտինի ցիկլի գործունեության կարգավորում
Սովորաբար, միզանյութի սինթեզի ռեակցիաների կասկադը գործում է իր հնարավոր արժեքի 60%-ով: Սննդի մեջ սպիտակուցի ավելացված պարունակությամբ ռեակցիաները արագանում են, ինչը հանգեցնում է ընդհանուր արդյունավետության բարձրացման: Օրնիտինի ցիկլի նյութափոխանակության խանգարումներ են նկատվում բարձր ֆիզիկական ծանրաբեռնվածության և երկարատև ծոմապահության ժամանակ, երբ մարմինը սկսում է քայքայել սեփական սպիտակուցները։
Օռնիտինի ցիկլի կարգավորումը կարող է տեղի ունենալ նաև կենսաքիմիական մակարդակում: Այստեղ թիրախը կարբամոյլ ֆոսֆատ սինթետազի հիմնական ֆերմենտն է։ Դրա ալոստերիկ ակտիվացնողը N-ացետիլ-գլուտամատն է: Օրգանիզմում իր բարձր պարունակությամբ միզանյութի սինթեզի ռեակցիաները նորմալ են ընթանում։ Բուն նյութի կամ դրա բացակայությամբպրեկուրսորները, գլուտամատը և ացետիլ-CoA-ն, օրնիտինի ցիկլը կորցնում է իր ֆունկցիոնալ բեռը:
Միզի սինթեզի ցիկլի և Կրեբսի ցիկլի միջև կապը
Երկու գործընթացների ռեակցիաները տեղի են ունենում միտոքոնդրիալ մատրիցայում։ Սա հնարավոր է դարձնում որոշ օրգանական նյութերի մասնակցությունը երկու կենսաքիմիական գործընթացներին:
CO2 և ադենոզին տրիֆոսֆատը, որոնք ձևավորվում են կիտրոնաթթվի ցիկլում, կարբամոյլ ֆոսֆատի պրեկուրսորներ են: ATP-ն նաև էներգիայի ամենակարևոր աղբյուրն է։
Օռնիտինի ցիկլը, որի ռեակցիաները տեղի են ունենում լյարդի հեպատոցիտներում, հանդիսանում է ֆումարատի աղբյուր՝ Կրեբսի ցիկլի ամենակարևոր սուբստրատներից մեկը: Ավելին, այս նյութը մի քանի փուլային ռեակցիաների արդյունքում առաջացնում է ասպարտատ, որն իր հերթին օգտագործվում է օրնիտինային ցիկլի կենսասինթեզում։ Ֆումարատի ռեակցիան NADP-ի աղբյուր է, որը կարող է օգտագործվել ADP-ին ATP-ի ֆոսֆորիլացնելու համար:
Օռնիտինի ցիկլի կենսաբանական նշանակությունը
Ազոտի ճնշող մեծամասնությունը մտնում է օրգանիզմ որպես սպիտակուցների մաս: Նյութափոխանակության գործընթացում ամինաթթուները ոչնչացվում են, ամոնիակը ձևավորվում է որպես նյութափոխանակության գործընթացների վերջնական արդյունք: Օրնիտինի ցիկլը բաղկացած է մի քանի հաջորդական ռեակցիաներից, որոնց հիմնական խնդիրն է դետոքսիկացնել NH3՝ այն վերածելով միզանյութի: Միզանյութն իր հերթին մտնում է երիկամի նեֆրոն և արտազատվում օրգանիզմից մեզի հետ միասին։
Բացի այդ, օրնիտինի ցիկլի կողմնակի արտադրանքը հանդիսանում է արգինինի աղբյուր՝ էական ամինաթթուներից մեկը:
Խախտումներ սինթեզումմիզանյութը կարող է հանգեցնել այնպիսի հիվանդության, ինչպիսին է հիպերամմոնեմիան: Այս պաթոլոգիան բնութագրվում է մարդու արյան մեջ ամոնիումի իոնների NH4+ կոնցենտրացիայի ավելացմամբ: Այս իոնները բացասաբար են անդրադառնում օրգանիզմի կյանքի վրա՝ անջատելով կամ դանդաղեցնելով որոշ կարևոր գործընթացներ։ Այս հիվանդության անտեսումը կարող է հանգեցնել մահվան։
