Der Harnstoff-Zyklus (auch bekannt als der ornithine Zyklus) sind ein Zyklus von biochemischen Reaktionen, die in vielen Tieren vorkommen, der Harnstoff ((NH) CO) von Ammoniak (NH) erzeugt. Dieser Zyklus war der erste metabolische Zyklus entdeckt (Hans Krebs und Kurt Henseleit, 1932) fünf Jahre vor der Entdeckung des TCA Zyklus. In Säugetieren findet der Harnstoff-Zyklus in erster Linie in der Leber, und in einem kleineren Ausmaß in der Niere statt.

Funktion

Organismen, die Ammoniak gewöhnlich nicht leicht und schnell entfernen können, müssen es zu einer anderen Substanz, wie Harnstoff oder Harnsäure umwandeln, die viel weniger toxisch sind. Die Unzulänglichkeit des Harnstoff-Zyklus kommt in einigen genetischen Unordnungen (angeborene Fehler des Metabolismus), und im Leber-Misserfolg vor. Das Ergebnis des Leber-Misserfolgs ist Anhäufung der stickstoffhaltigen Verschwendung, hauptsächlich Ammoniak, das zu hepatischem encephalopathy führt.

Reaktionen

Der Harnstoff-Zyklus besteht aus fünf Reaktionen: zwei mitochondrial und drei cytosolic. Der Zyklus wandelt zwei amino Gruppen, ein von NH und ein von der Natter und einem Kohlenstoff-Atom von HCO, zum relativ nichttoxischen Ausscheidungsproduktharnstoff auf Kosten von vier "energiereichen" Phosphatobligationen (3 ATP hydrolyzed zu 2 ADP und ein Ampere) um. Ornithine ist das Transportunternehmen von diesen Kohlenstoff und Stickstoff-Atome.

:: Die Reaktionen des Harnstoff-Zyklus

1 - ornithine2 carbamoyl phosphate3-citrulline4 argininosuccinate5 fumarate6-arginine7 Harnstoff - Natter-aspartateCPS-1 carbamoyl Phosphat synthetase IOTC Ornithine transcarbamoylaseASS argininosuccinate synthetaseASL argininosuccinate lyaseARG1 arginase 1

In der ersten Reaktion NH + ist HCO zu NH + CO + HO gleichwertig.

So ist die gesamte Gleichung des Harnstoff-Zyklus:

• NH + CO + aspartate + 3 ATP + 2 HO  Harnstoff + fumarate + 2 ADP + 2 P + AMPERE + SEITEN

Da fumarate durch das Entfernen von NH von aspartate (mittels Reaktionen 3 und 4), und SEITEN + HO  2 P erhalten wird, kann die Gleichung wie folgt vereinfacht werden:

• 2 NH + CO + 3 ATP + HO  Harnstoff + 2 ADP + 4 P + AMPERE

Bemerken Sie, dass Reaktionen, die mit dem Harnstoff-Zyklus auch verbunden sind, die Produktion von 2 NADH verursachen, so veröffentlicht der Harnstoff-Zyklus ein bisschen mehr Energie, als es sich verzehrt. Diese NADH werden auf zwei Weisen erzeugt:

• Ein NADH Molekül wird durch das Enzym glutamate dehydrogenase in der Konvertierung von glutamate zu Ammonium und α-ketoglutarate reduziert. Glutamate ist das nichttoxische Transportunternehmen von Amin-Gruppen. Das stellt das in der anfänglichen Synthese von carbamoyl Phosphat verwendete Ammonium-Ion zur Verfügung.
• Der im cytosol veröffentlichte fumarate wird zu malate durch cytosolic fumarase umgewandelt. Dieser malate wird dann zu oxaloacetate durch cytosolic malate dehydrogenase umgewandelt, einen reduzierten NADH im cytosol erzeugend. Oxaloacetate ist eine von keto Säuren, die durch transaminases bevorzugt sind, und wird so zu aspartate wiederverwandt, hat den Fluss des Stickstoffs in den Harnstoff-Zyklus aufrechterhalten.

Die zwei erzeugten NADH können Energie für die Bildung von 4 ATP zur Verfügung stellen (cytosolic NADH stellt nur 1,5 ATP wegen glycerol-3-phosphate Pendelbusses zur Verfügung, wer die Elektronen von cytosolic NADH zu FADH2 überträgt und das 1.5 ATP gibt), eine Nettoproduktion eines energiereichen Phosphatbandes für den Harnstoff-Zyklus. Jedoch, wenn gluconeogenesis im cytosol laufend ist, wird das letzte gleichwertige Reduzieren verwendet, um die Umkehrung des GAPDH-Schritts zu steuern, anstatt ATP zu erzeugen.

Das Schicksal von oxaloacetate soll entweder aspartate über transamination erzeugen oder zu phosphoenol pyruvate umgewandelt zu werden, der ein Substrat zu Traubenzucker ist.

Regulierung

N-Acetylglutamic Säure

Die Synthese von carbamoyl Phosphat und dem Harnstoff-Zyklus ist von der Anwesenheit von NAcGlu abhängig, welcher allosterically CPS1 aktiviert. Synthese von NAcGlu dadurch, wird sowohl von Arg, allosteric Anreger von NÖRGLERN, als auch von Glu, einem Produkt in den transamination Reaktionen und einem der Substrate von NÖRGLERN stimuliert, von denen beide erhoben werden, wenn freie Aminosäuren erhoben werden. Also, Arg ist nicht nur ein Substrat für die Harnstoff-Zyklus-Reaktionen sondern auch dient als ein Aktivator für den Harnstoff-Zyklus.

Substrat-Konzentrationen

Die restlichen Enzyme des Zyklus werden von den Konzentrationen ihrer Substrate kontrolliert. So laufen geerbte Mängel in den Zyklus-Enzymen außer auf bedeutende Abnahme auf die Harnstoff-Produktion nicht hinaus (der Gesamtmangel an jedem Zyklus-Enzym läuft auf Tod kurz nach der Geburt hinaus). Eher entwickelt sich das Substrat des unzulänglichen Enzyms, die Rate der unzulänglichen Reaktion zum normalen vergrößernd.

Die anomale Substrat-Zunahme ist nicht ohne Kosten jedoch. Die Substrat-Konzentrationen werden erhöht den ganzen Weg unterstützen den Zyklus zu NH, hyperammonemia hinauslaufend (hat [NH] erhoben).

Obwohl die Wurzelursache der NH Giftigkeit nicht völlig verstanden wird, stellt ein hoher [NH] eine enorme Beanspruchung auf das NH-Reinigungssystem, besonders im Gehirn (schließen Symptome von Harnstoff-Zyklus-Enzym-Mängeln geistige Behinderung und Schlafsucht ein). Dieses Abrechnungssystem schließt ein und, die den 2-oxoglutarate (2OG) und Lachen von Glu vermindern. Das Gehirn ist zur Erschöpfung dieser Lachen am empfindlichsten. Erschöpfung 2OG vermindert die Rate von TCAC, wohingegen Glu sowohl ein neurotransmitter als auch ein Vorgänger zu GABA, ein anderer neurotransmitter ist. http://www.wiley.com/college/math/chem/cg/sales/voet.html (p.734)

Pathologie

Anomalien des Harnstoff-Zyklus verursachen Harnstoff-Zyklus-Unordnungen:

• ornithine transcarbamoylase Mangel
• Phosphat von Carbamoyl synthetase Mangel (Mangel von Ornithine translocase)
• Argininosuccinic aciduria
• Argininemia
• Hyperornithinemia, hyperammonemia, homocitrullinuria Syndrom (HHH Syndrom)
• Protein-Intoleranz von Lysinuric
• Citrullinemia
• Mangel von N-Acetylglutamate synthase

Die meisten von ihnen werden mit hyperammonemia vereinigt.

Zusätzliche Images

File:Urea-Cycle Schema 2006-01.svg|Urea Zyklus.

File:Urea hat sich Zyklus 2.png|Urea Zyklus gefärbt.

</Galerie>

Links

• Die chemische Logik hinter dem Harnstoff-Zyklus
• Grundlegende Neurochemie - Aminosäure-Unordnungen