เพื่อให้ร่างกายมนุษย์สามารถดำรงชีวิตตามปกติได้ ได้มีการพัฒนากลไกในการกำจัดสารพิษ ในหมู่พวกเขาแอมโมเนียเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการเผาผลาญสารประกอบไนโตรเจนซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตีน NH3 เป็นพิษต่อร่างกาย และเช่นเดียวกับพิษใดๆ ที่ถูกขับออกทางระบบขับถ่าย แต่ก่อนที่แอมโมเนียจะเกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องกันหลายครั้ง ซึ่งเรียกว่าวัฏจักรออร์นิทีน
ประเภทของการเผาผลาญไนโตรเจน
สัตว์บางชนิดไม่ปล่อยแอมโมเนียออกสู่สิ่งแวดล้อม สารสุดท้ายทางเลือกของการเผาผลาญไนโตรเจนคือกรดยูริกและยูเรีย ดังนั้นเมแทบอลิซึมของไนโตรเจนสามประเภทจึงถูกเรียก ขึ้นอยู่กับสารที่ปล่อยออกมา
ชนิดแอมโมเนีย. ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่นี่คือแอมโมเนีย เป็นก๊าซไม่มีสีที่ละลายได้ในน้ำ แอมโมเนียเป็นลักษณะของปลาทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในน้ำเค็ม
แบบยูรีโอเทลิค. สัตว์ที่มีลักษณะของยูรีโอธีเลียจะปล่อยยูเรียออกสู่สิ่งแวดล้อม ตัวอย่างคือปลาน้ำจืด สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมทั้งมนุษย์
ประเภทยูริโคลิค. ซึ่งรวมถึงตัวแทนของสัตว์โลกซึ่งเมแทบอไลต์สุดท้ายคือผลึกกรดยูริก สารนี้เป็นผลจากการเผาผลาญไนโตรเจนในนกและสัตว์เลื้อยคลาน
ในกรณีเหล่านี้ หน้าที่ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือการกำจัดไนโตรเจนที่ไม่จำเป็นออกจากร่างกาย หากสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น จะสังเกตการเก็บภาษีเซลล์และการยับยั้งปฏิกิริยาที่สำคัญ
ยูเรียคืออะไร
ยูเรียเป็นเอไมด์ของกรดคาร์บอนิก มันเกิดจากแอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และกลุ่มอะมิโนของสารบางชนิดในระหว่างปฏิกิริยาของวัฏจักรออร์นิทีน ยูเรียเป็นผลิตภัณฑ์ขับถ่ายของสัตว์ในระบบทางเดินปัสสาวะ รวมทั้งมนุษย์ด้วย
ยูเรียเป็นวิธีหนึ่งในการขับไนโตรเจนส่วนเกินออกจากร่างกาย การก่อตัวของสารนี้มีหน้าที่ป้องกันเพราะ สารตั้งต้นของยูเรีย - แอมโมเนียเป็นพิษต่อเซลล์ของมนุษย์
เมื่อแปรรูปโปรตีน 100 กรัมจากธรรมชาติต่างๆ ยูเรีย 20-25 กรัมจะถูกขับออกทางปัสสาวะ สารนี้ถูกสังเคราะห์ในตับและเมื่อกระแสเลือดเข้าสู่ไตของไตและถูกขับออกมาพร้อมกับปัสสาวะ
ตับเป็นอวัยวะหลักในการสังเคราะห์ยูเรีย
ในร่างกายมนุษย์ทั้งหมดไม่มีเซลล์ดังกล่าวที่จะมีเอ็นไซม์ทั้งหมดของวงจรออร์นิทีนอย่างแน่นอน แน่นอนยกเว้นเซลล์ตับ หน้าที่ของเซลล์ตับไม่ได้เป็นเพียงการสังเคราะห์และทำลายเฮโมโกลบินเท่านั้น แต่ยังดำเนินการปฏิกิริยาทั้งหมดของการสังเคราะห์ยูเรียด้วย
ต่ำกว่าคำอธิบายของวัฏจักร ornithine ตรงกับข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นวิธีเดียวที่จะขจัดไนโตรเจนออกจากร่างกาย หากในทางปฏิบัติยับยั้งการสังเคราะห์หรือการทำงานของเอ็นไซม์หลัก การสังเคราะห์ยูเรียจะหยุด และร่างกายจะตายจากปริมาณแอมโมเนียในเลือดที่มากเกินไป
รอบออร์นิทีน. ชีวเคมีของปฏิกิริยา
วงจรการสังเคราะห์ยูเรียเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน รูปแบบทั่วไปของวัฏจักร ornithine แสดงไว้ด้านล่าง (รูปภาพ) ดังนั้นเราจะวิเคราะห์แต่ละปฏิกิริยาแยกกัน สองขั้นตอนแรกเกิดขึ้นโดยตรงในไมโตคอนเดรียของเซลล์ตับ
NH3 ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้โมเลกุล ATP สองโมเลกุล อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงานนี้ คาร์บาโมอิลฟอสเฟตจึงเกิดขึ้น ซึ่งมีพันธะมหภาค กระบวนการนี้เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ คาร์บาโมอิล ฟอสเฟต ซินธิเทส
คาร์บาโมอิลฟอสเฟตทำปฏิกิริยากับออร์นิทีนโดยเอ็นไซม์ออร์นิทีน คาร์บาโมอิลทรานสเฟอร์เรส เป็นผลให้พันธะพลังงานสูงถูกทำลายและซิทรูลีนถูกสร้างขึ้นเนื่องจากพลังงาน
ระยะที่สามและระยะต่อมาไม่ได้เกิดขึ้นที่ไมโตคอนเดรีย แต่อยู่ในไซโตพลาสซึมของตับ
มีปฏิกิริยาระหว่างซิทรูลีนและแอสปาเทต ด้วยการบริโภคโมเลกุล ATP 1 โมเลกุลและภายใต้การทำงานของเอ็นไซม์ arginine-succinate synthase อาร์จินีน-ซัคซิเนตจึงก่อตัวขึ้น
Arginino-succinate ร่วมกับเอ็นไซม์ arginino-succin-lyase แตกตัวเป็น arginine และ fumarate
อาร์จินีนในที่ที่มีน้ำและภายใต้การกระทำของอาร์จิเนสจะแตกตัวเป็นออร์นิทีน (1 ปฏิกิริยา) และยูเรีย (ผลิตภัณฑ์สุดท้าย) วงจรเสร็จสมบูรณ์
พลังงานของวัฏจักรการสังเคราะห์ยูเรีย
วัฏจักรออร์นิทีนเป็นกระบวนการที่สิ้นเปลืองพลังงานซึ่งใช้พันธะมหภาคของโมเลกุลอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ระหว่างปฏิกิริยาทั้ง 5 ปฏิกิริยา จะเกิดโมเลกุล ADP ทั้งหมด 3 โมเลกุล นอกจากนี้ พลังงานยังถูกใช้ไปกับการขนส่งสารจากไมโตคอนเดรียไปยังไซโตพลาสซึม และในทางกลับกัน ATP มาจากไหน
Fumarate ซึ่งก่อตัวขึ้นในปฏิกิริยาที่สี่ สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก ในระหว่างการสังเคราะห์มาเลตจากฟูมาเรต NADPH จะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งส่งผลให้มี 3 โมเลกุล ATP
ปฏิกิริยาดีอะมิเนชันของกลูตาเมตยังมีบทบาทสำคัญในการจัดหาพลังงานให้กับเซลล์ตับ ในเวลาเดียวกัน โมเลกุล ATP 3 ตัวก็ถูกปล่อยออกมาเช่นกัน ซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์ยูเรีย
ระเบียบกิจกรรมรอบออร์นิทีน
โดยปกติน้ำตกของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ยูเรียจะทำงานที่ 60% ของค่าที่เป็นไปได้ ด้วยปริมาณโปรตีนที่เพิ่มขึ้นในอาหาร ปฏิกิริยาจะถูกเร่ง ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้น ความผิดปกติของระบบเมตาบอลิซึมของวัฏจักร ornithine จะสังเกตได้ในระหว่างการออกแรงทางกายภาพสูงและอดอาหารเป็นเวลานาน เมื่อร่างกายเริ่มสลายโปรตีนของตัวเอง
กฎของวัฏจักรออร์นิทีนสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับชีวเคมีเช่นกัน เป้าหมายคือเอนไซม์คาร์บาโมอิลฟอสเฟตซินธิเทสหลัก ตัวกระตุ้นแบบ allosteric คือ N-acetyl-glutamate ด้วยเนื้อหาที่สูงในร่างกาย ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ยูเรียดำเนินไปตามปกติ ด้วยการขาดสารในตัวเองหรือของมันสารตั้งต้น กลูตาเมต และอะเซทิล-โคเอ วัฏจักรออร์นิทีนสูญเสียการทำงานไป
ความสัมพันธ์ระหว่างวัฏจักรการสังเคราะห์ยูเรียกับวัฏจักรเครบส์
ปฏิกิริยาของทั้งสองกระบวนการเกิดขึ้นในเมทริกซ์ยล ทำให้สารอินทรีย์บางชนิดสามารถมีส่วนร่วมในสองกระบวนการทางชีวเคมี
CO2 และอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซึ่งก่อตัวในวงจรกรดซิตริก เป็นสารตั้งต้นของคาร์บาโมอิล ฟอสเฟต ATP ก็เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดเช่นกัน
วัฏจักรออร์นิทีนซึ่งมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นในเซลล์ตับ เป็นแหล่งของฟูมาเรต ซึ่งเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่สำคัญที่สุดในวงจรเครบส์ ยิ่งไปกว่านั้น สารนี้ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทีละขั้นหลายๆ ขั้น ทำให้เกิดแอสปาเทต ซึ่งในทางกลับกัน จะถูกใช้ในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของวัฏจักรออร์นิทีน ปฏิกิริยาฟูมาเรตเป็นแหล่งของ NADP ซึ่งสามารถนำไปใช้สร้างฟอสโฟรีเลต ADP เป็น ATP ได้
ความหมายทางชีวภาพของวัฏจักรออร์นิทีน
ไนโตรเจนส่วนใหญ่เข้าสู่ร่างกายโดยเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีน ในกระบวนการเผาผลาญกรดอะมิโนจะถูกทำลายแอมโมเนียจะก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการเผาผลาญ วัฏจักรของ ornithine ประกอบด้วยปฏิกิริยาต่อเนื่องกันหลายครั้ง ภารกิจหลักคือการล้างพิษ NH3 โดยแปลงเป็นยูเรีย ยูเรียจะเข้าสู่ไตและขับออกจากร่างกายด้วยปัสสาวะ
นอกจากนี้ ผลพลอยได้จากวัฏจักรออร์นิทีนยังเป็นแหล่งของอาร์จินีน ซึ่งเป็นหนึ่งในกรดอะมิโนที่จำเป็น
การละเมิดในการสังเคราะห์ยูเรียสามารถนำไปสู่โรคเช่นภาวะไขมันในเลือดสูง พยาธิสภาพนี้มีลักษณะเฉพาะโดยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของแอมโมเนียมไอออน NH4+ ในเลือดมนุษย์ ไอออนเหล่านี้ส่งผลเสียต่อชีวิตของร่างกาย การปิดหรือชะลอกระบวนการที่สำคัญบางอย่าง ละเลยโรคนี้อาจทำให้เสียชีวิตได้
