Катаболизм аминокислот. Цикл мочевины

Аминокислоты являются органическими соединениями, которые содержат амин (-NH2) и карбоксильный (-СООН) функциональных группы, наряду с боковой цепью (R) группой, специфичными для каждой аминокислоты.

Ключевыми элементами аминокислоты являются углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N), хотя другие элементы присутствуют в боковых цепях некоторых аминокислот. Известно около 500 встречающихся в природе аминокислот (хотя в генетическом коде фигурирует только 20), и их можно классифицировать по-разному. Их можно классифицировать в соответствии с расположением основных структурных функциональных групп как альфа- (α-), бета- (β-), гамма- (γ-) или дельта- (δ-) аминокислоты; другие категории относятся к полярности, уровню pH и типу группы боковой цепи (алифатическая, ациклическая, ароматическая, содержащая гидроксил или серу и т. д.) [8].

В форме белков аминокислотные остатки образуют второй по величине компонент мышц человека и других тканей. 

Помимо своей роли в качестве остатков в белках, аминокислоты участвуют во многих процессах, таких как транспорт и биосинтез нейромедиаторов.

Многие важные протеиногенные и непротеиногенные аминокислоты выполняют биологические функции. Например, в головном мозге человека глутамат (стандартная глутаминовая кислота) и гамма-аминомасляная кислота («ГАМК», нестандартная гамма-аминокислота) являются, соответственно, основными возбуждающими и тормозящими нейротрансмиттерами. 

Гидроксипролин, основной компонент коллагена соединительной ткани, синтезируется из пролина. 

Глицин - это биосинтетический предшественник порфиринов, используемых в красных кровяных тельцах. Карнитин используется для транспорта липидов. Девять протеиногенных аминокислот называют «незаменимыми» для человека, потому что они не могут быть произведены человеческим организмом из других соединений и поэтому должны приниматься в пищу. 

Цикл мочевины - это цикл биохимических реакций, в результате которых образуется мочевина (NH2)2CO из аммиака (NH3). Этот цикл происходит в уреотелических организмах. Цикл мочевины превращает высокотоксичный аммиак в мочевину для экскреции. 

Этот цикл был первым метаболическим циклом, который был открыт Кребсом и Хенселитом, за пять лет до открытия цикла трикарбоновых кислот. Более подробно этот цикл был описан позже Ратнером и Коэном. Цикл мочевины происходит в основном в печени и, в меньшей степени в почках [1].

Функция

Катаболизм аминокислот приводит к образованию отработанного аммиака. Всем животным нужен способ выведения этого продукта из организма. Большинство водных организмов или аммонотелических организмов выделяют аммиак, не превращая его. Организмы, которые не могут легко и безопасно удалить азот, имеют механизмы при которых аммиак превращается в менее токсичное вещество, такое как мочевина, через цикл мочевины, который происходит в основном в печени. 

Затем мочевина, вырабатываемая печенью, попадает в кровоток, где попадает в почки и в конечном итоге выводится с мочой . Цикл мочевины важен для этих организмов, потому что, если азот или аммиак не удаляются из организма, это может быть очень вредным. У видов, включая птиц и большинства насекомых, аммиак превращается в мочевую кислоту или ее уратную соль, которая выделяется в твердой форме.

Реакции

Весь процесс превращает две аминогруппы, одну из NH+4 и один от аспартата, и атом углерода от HCO3, в относительно нетоксичный продукт экскреции мочевины. Это происходит за счет четырех «высокоэнергетических» фосфатных связей (3 АТФ гидролизуются до 2 АДФ и 1 АМФ). 

Превращение аммиака в мочевину происходит в пять основных этапов. Первый необходим для того, чтобы аммиак вступил в цикл, а следующие четыре являются частью самого цикла. Чтобы войти в цикл, аммиак превращается в карбамоилфосфат.

В ходе проделанной работы были сделаны следующие выводы:

1. Аминокислоты являются органическими соединениями, которые содержат амин (-NH2) и карбоксильный (-СООН) функциональных группы, наряду с боковой цепью (R) группой, специфичными для каждой аминокислоты.

Катаболизм аминокислот в организме животных происходит в двух различных ситуациях. В нормальных условиях, когда в диете присутствует избыточное количество белка, и, следовательно после переваривания и всасывания много аминокислот дезаминируются, а углеродный скелет (a-кетокислота) или используется для конверсии в запасной жир, или для окисления и извлечения энергии. При голодании разрушаются белки тканей, и получившиеся после дезаминирования кетокислоты могут служить как для глюконеогенеза, так и для окисления.

2. Цикл мочевины - это цикл биохимических реакций, в результате которых образуется мочевина (NH2)2CO из аммиака (NH3). Этот цикл происходит в уреотелических организмах. Цикл мочевины превращает высокотоксичный аммиак в мочевину для экскреции.