Локализация

Реакции цикла мочевины локализованы исключительно в клетках печени и протекают частью в митохондриях, а частью в цитозоле, в результате чего возникает необходимость в переносчиках.

Реакции в митохондрии

• Непосредственно перед циклом происходит образование карбомоилфосфата из аммиака, воды и углекислого газа при участии фермента карбомоилфосфат-синтетазы. Данная реакция происходит с затратой энергии двух молекул АТФ и образованием двух молекул АДФ.

• При участии орнитин-карбомоил-трансферазы (орнитинтранскарбомоилазы) остаток карбомоилфосфата присоединяется к молекуле орнитина, что приводит к образованию молекулы цитрулина, которая переносится в цитозоль.

Реакции в цитоплазме

• В цитоплазме цитрулин с аспарагиновой кислотой при участии фермента аргининсукцинат-синтетазы образует совместно аргининосукцинат. В ходе данной реакции расходуется энергия превращения одной молекулы АТФ в АМФ (что эквивалентно превращению двух молекул АТФ в АДФ). Образовавшийся в ходе реакции дифосфат гидролизируется для обеспечения необратимости процесса (на схеме не показано).

• Под действием фермента аргининосукцинат-лиазы аргининосукцинат распадается на фумарат и аргинин.

• Аргинин в свою очередь гидролизируется при участии аргиназы (аргининогидролазы) с образованием мочевины и орнитина, который сразу же переносится в митохондрию и цикл повторяется вновь.

Как побочный продукт орнитинового цикла образуется фумаровая кислота, переносимая обратно в митохондрии. Здесь в реакциях ЦТК из нее образуется оксалоацетат, который трансаминируется с глутаматом до аспартата, выходит в цитозоль и вновь реагирует с цитруллином.

В образовании одной молекулы мочевины участвует 1 молекула NH₄⁺, 1 молекула CO₂, аминогруппа 1 молекулы аспарагиновой кислоты, затрачивается 4 макроэргических связи трех молекул АТФ.

Суммарное уравнение реакций

2NH₃ + CO₂ + 3ATФ + аспарагиновая кислота + 3H₂O → мочевина + фумарат + 2AДФ +2Ф_н+ АМФ + ФФ_н

Энергетический выход цикла составляет затрату четырёх макроэргических связей на одну молекулу мочевины, поскольку пирофосфат далее превращается до фосфата.

Следует заметить, что полученная в процессе реакции аргининосукциназы молекула фумарата снижает энергетическую стоимость цикла. Фумарат, реагируя с молекулой воды в цитозоле, дает малат. Малат же вступает в цикл Кребса и с помощью NAD окисляется. Продуктами этой реакции являются NADH и оксалоацетат. NADH вступает в дыхательную электронтранспортную цепь. Окисление NADH дает примерно 2,5 молекул АТФ, следовательно, стоимость цикла мочевины после этих дополнительных реакций составляет 1,5 молекул АТФ.

Схема орнитинового цикла

Реакции орнитинового цикла

Синтез аммонийных солей

Непосредственный синтез аммонийных солей или аммониегенез происходит в просвете канальцев почек из секретируемых сюда аммиака и ионов водорода и фильтрующихся органических и неорганических анионов первичной мочи. Около 10% всего аммиака выводится почками в виде аммонийных солей.

Пути использования аспартата и глутамата

В организме аспартат и глутамат используются всеми клетками для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований. Амидные производные этих аминокислот являются транспортными формами аммиака из тканей в почки и печень. Кроме этого, глутаминовая кислота входит в состав глутатиона – вещества, выполняющего две различные функции – перенос аминокислот через мембрану и ключевое звено в антиоксидантной системе клетки. Также глутамат и его производное γ-аминомасляная кислота являются медиаторами в ЦНС.

Пути использования глутамата Пути использования серина и глицина

Пути использования аспартата

Роль реакции превращения серина в глицин состоит в образовании активной формы тетрагидрофолиевой кислоты – N₅,N₁₀-метилен-ТГФК.

Одновременно данная реакция является первой на пути катаболизма серина.

Несмотря на простоту строения, глицин и серин являются весьма востребованными аминокислотами в клетках. Благодаря взаимопревращению перечень возможных путей метаболизма этих аминокислот еще больше расширяется.