Біосинтез сечовини. Орнітиновий цикл.

ЦИКЛ ОРНІТИНОВИЙ (цикл сечовини, цикл Кребса – Хенселайта). Кінцеве зне­шкодження токсичної сполуки — амоніаку, що утворюється під час дезамінування амінокислот, відбувається в печінці, де NH3 перетворюється на нетоксичний продукт — сечовину. Це перетворення відбувається у формі циклу, який був названий Ц.о., або цикл сечо­вини. Його відкрили Ганс Кребс і Курт Хенселайт у 1932 р. Установлено також, що сечовина синтезується в аеробних умовах, коли в найбільшій кількості утворюється АТФ. Ц.о. складається з двох основних етапів: синтезу аргініну та його гідролізу до сечовини й орнітину. На першому етапі з аміаку, вуглекислого газу й фосфату неорганічного під впливом ферменту карбамоїлфосфатсинтетази синтезується карбамоїл фосфат. Синтез цієї сполуки потребує енергії двох молекул АТФ. Потімвідбувається конденсація карбамоїл фосфату з орнітином з утворенням цитруліну і вивільненням фосфату неорганіч­ного. Орнітинкарбамоїлтрансфераза каталі­зує цей процес. Перші дві стадії Ц.о. відбуваються в мітохондріях клітин, а інші — у цито­плазмі. Далі цитрулін реагує з аспара­гіновою кислотою й утворюється аргінінобурштинова кислота; процес каталізує аргініносукцинатсинтетаза, і в ньому використовується енергія ще однієї молекули АТФ. Потім продукт реакції розщеплюється ферментом аргініносукцинатліазою на аргінін та фумарову кислоту. Утворенням аргініну завершується перший етап Ц.о.

Другий етап полягає в розщепленні аргініну під впливом аргінази на сечовину та орнітин. Ці процеси Ц.о. можна подати схематично у вигляді послідовності: NH3 → карбамоїл фосфат → цитрулін → аргінінобурштинова кислота → аргінін → сечовина. Сумарне рівняння реакцій має такий вигляд:

2NH3 + СО2 + 3АТФ + 2Н2О →

→ H2N-CО-NH2 + 2АДФ + 2Фн. + АМФ + + Н4Р2О7

Унаслідок білкового обміну в людини за добу виділяється в середньому 30 г сечовини, що становить приблизно 90% усього азоту сечі. У разі позитивного азотистого балансу екскреція сечовини зменшується. Якщо відбувається збільшення екскреції азоту внаслідок підвищення розпаду білків організму, підвищення рівня азоту в сечі відбувається за рахунок сечовини. Таким чином, утворення та екскреція сечовини є тим регулюючим механізмом, за допомогою якого підтримується азотиста рівновага.

Синтез мочевины происходит в печени в цикле Кребса-Гензелейта (другое название - орнитиновый цикл мочевинообразования Кребса) в несколько этапов с участием ряда ферментных систем. Синтез сопровождается поглощением энергии, источником которой является АТФ.

Весь цикл мочевинообразования можно представить следующим образом:

На первом этапе синтезируется карбамоилфосфат в результате конденсации ионов аммония, двуокиси углерода и фосфата (поступающего из АТФ) под действием фермента карбамоилсинтетазы. Карбамоилфосфат - это метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений.

На втором этапе мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитинкарбамоилтрансфераза.

На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинатсинтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента - аргининосукцинатлиазы.

На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.