Синтез карбамоилфосфата – ключевая реакция синтеза мочевины

Карбамоилфосфат синтезируется в митохондриях в комплексной реакции, которая катализируется карбамоилфосфат синтетазой I. Этот аллостерический фермент активируется N –ацетилглутаминовой кислотой. Потребление 2 молекул АТФ делает синтез карбамоил-фосфата необратимой реакцией.

Карбамоилфосфат синтетаза I (КФС-1) катализирует образование карбомоилфосата в митохондриях. Из цитозоля выделена карбомоилфосфатсинтетаза-2 (КФС-2), которая катализирует образование карбомоилфосфата, используемого для синтезе пиримидиновых нуклеотидов.

Образование цитруллина происходит благодаря использованию высокоэнергетического фосфата карбамоилфосфатаи катализируется орнитин-карбамоил трансферазой (ОКТ). Продукт реакции цитруллин транспортируется в цитозоль, где завершается образование мочевины.

Мочевина - природный антиоксидант (радиопротектор).

Энергетическая емкость ЦСМ.

Суммарная реакция синтеза мочевины:

Аспарагиновая кислота + NH₃ + CO₂ + 3АТФ + 2 H₂O

мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + ФФн

На синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 макроэргических связи 3-х молекул АТФ:

2 АТФ – на стадии синтеза корбомоилфосфата и одна АТФ – на стадии синтеза аргинино-сукцината (если учитывать, что в данной реакции образуется АМФ, то можно считать энергозатраты этой реакции равной 2 АТФ, т.е. энергетическая емкость ЦСМ равна 4 АТФ).

Биологическая роль ЦСМ.

1. Механизм детоксикации NH₃.

2. Механизм регуляции КЩС

3. ЦСМ - поставщик орнитина.

4. Имея митохондриальную локализацию, регулирует потоки а/к по различным путям ---------> ГНГ, биосинтез белка, липогенез.

Между циклом мочевинообразования и циклом трикарбоновых кислот устанавливается тесная связь на уровне субстратов

Связь ЦСМ с ЦТК и обменом аминокислот (цикл Кребса-Гензелейта ("трехколесный велосипед").

Ферменты: 1 - карбамоилфосфатсинтетаза-1. │

2 - карбамоилфосфаттрансфераза. │ ферменты

3 - аргининосукцинатсинтетаза. │ ЦСМ

4 - аргининосукцинатлиаза. │

5 - аргиназа. │

6 - фумараза. │ ферменты

7 - малатдегидрогеназа │ ЦТК

8 - АсАТ│ ферменты

9 - ГДГ │ обмена а/к

Регуляция ЦСМ.

1. Краткосрочная: на уровне 1-го фермента, который вместе с 8-ым направляет азот ГЛУ (а значит и всех а/к) в карбамоилфосфат.

2. Долгосрочная: определяется уровнем липолиза, Ац-КоА. Ац-КоА при недостатке углеводов, является наиболее предпочтительным субстратом, чем липиды.

Косвенные доводы позволяют предположить, что углеводы и белки (а/к) способны полностью обеспечить энергетический потенциал клетки.

Врожденные дефекты ферментов ЦСМ, основные клинические проявления.

Дефицит ферментов орнитинового цикла встречается в популяции с частотой 1 случай на 25000 новорожденных и начинает проявляться в неонатальный период. К настоящему времени описаны врожденные дефекты каждого фермента, участвующего в синтезе мочевины. Все дефекты (за исключением дефицита аргиназы) сопровождаются тяжелой гипераммониемией. Высокий уровень аммиака оказывает токсическое действие на центральную нервную систему. Не поддающаяся лечению гипераммонийемия завершается тяжелым нарушениями психики.