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1.5.5 Entgiftung des Ammoniaks
2. Als nächstes wird der Carbamoylrest auf
die nichtproteinogene Aminosäure Ornithin
übertragen. Das Phosphat wird abgespalten. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert ist die Ornithin-Carbamoyl-Transferase. Das entstandene Citrullin, ebenfalls
eine nichtproteinogene Aminosäure, wird
durch die Mitochondrienmembran ins Zytosol transportiert.
3. Jetzt bindet die Aminogruppe von Aspartat an Citrullin. Dabei entsteht Argininosuccinat. Auch diese Reaktion benötigt ein
ATP, das dabei zu AMP und PP (Pyrophosphat) gespalten wird. Insgesamt werden
hier also ein ATP, aber zwei seiner energiereichen Bindungen verbraucht. Das Enzym dieser Reaktion ist die Argininosuccinat-Synthetase.
4. Anschließend wird Argininosuccinat durch
die Argininosuccinat-Lyase in die proteinogene Aminosäure Arginin und Fumarat gespalten. Fumarat kann entweder über Zwischenschritte zu Oxalacetat umgewandelt
werden, aus dem durch Transaminierung
Aspartat regeneriert wird, oder direkt in den
Citratzyklus wandern.
5. Der Harnstoffzyklus schließt sich durch die
hydrolytische (Einlagerung von H2O) Abspaltung der Harnstoffgruppe (Guanidinogruppe) von Arginin durch die Arginase.
Es entstehen Harnstoff und Ornithin, das
zurück durch die Mitochondrienmembran
transportiert wird und für einen weiteren
Zyklus bereitsteht.
Merke!
Am Harnstoffzyklus sind zwei Kompartimente
beteiligt. Die ersten beiden Schritte erfolgen im
Mitochondrium, die übrigen im Zytosol. Im Harnstoffzyklus werden vier energiereiche Bindungen gespalten. Der gebildete Harnstoff tritt ins
Blut über und wird von den Nieren mit dem Urin
ausgeschieden.
Pro Molekül gebildeten Harnstoff werden im
Harnstoffzyklus vier energiereiche Bindungen
gespalten (3 ATP g 2 ADP + 2 Pi + AMP + PP). Da
aber bei der Umwandlung des ebenfalls gebildeten Fumarats in Oxalacetat NADH + H+ entsteht,
das in der Atmungskette wieder 3 ATP liefert,
beträgt der Gesamtenergieverbrauch nur 1 ATP.
Bei der Pyrimidinbiosynthese wird ebenfalls
Carbamoylphosphat gebildet. Der Unterschied
zum ersten Schritt des Harnstoffzyklus ist, dass
die Reaktion bei der Pyrimidinsynthese im Zytosol stattfindet und der Stickstoff vom Glutamin und nicht aus freiem Ammoniak stammt.
Katalysierendes Enzym ist die Carbamoylphosphat-Synthetase II.
Übrigens …
Bei einem Mangel eines der Enzyme
des Harnstoffzyklus und bei Patienten
mit Leberzirrhose tritt Ammoniak in
erhöhter Konzentration im Blutplasma
auf. Dies kann zu Nervenschädigungen und Enzephalopathie führen.
Eine andere Reaktion, an der Arginin und Citrullin beteiligt sind, ist die Synthese des Vasodilatators NO (Stickstoffmonoxid = EDRF =
Endothelium derived relaxing factor). Zu diesem Schritt sind auch andere Organe fähig,
wie z. B. die Blutgefäße; er hat also nichts mit
dem Harnstoffzyklus zu tun, der nur in der Leber lokalisiert ist.
COO–
H 3N +
C
COO–
H 3N +
H
C
CH2
CH2
CH2
CH2
H 2C
H 2C
NH
C
H 2N +
H
+
NO
NH
C
NH2
Arginin
Abb. 38: NO-Synthese
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1
H 2N
O
Citrullin
medi-learn.de/6-bc2-38­
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