A N kiválasztása & urea ciklus

A N kiválasztása & urea ciklus

Az amino-nitrogénből képződő végtermékek

• Ammonotel csoport:

• Urikotel csoport: húgysav

• Ureotel csoport: urea

NH

NH NH

NH

O

OO

NH2 C NH2

O

NH3

Urea szintézis

• Transzaminálás• A glutamát oxidatív

dezaminálása• Ammónia transzport• Urea ciklus lépései

-aminosav -ketosav

-ketoglutarát L-glutamát

NH3 CO2

Urea

Transzamináz aktivitás

Oxidatív dezaminálás

Urea elválasztás lépései: transzaminálás

R1C

NH3

+

C

O

OC

O

C

O

OR2

C

NH3

+

C

O

OR2R1C

O

C

O

O

B6 Vitamin Transzamináz enzimek

A B6 vitamin szerepe a transzaminálásban

NH

+ CH3

OH

CH2 OH

CH2OH

NH

+ CH3

OH

CO

CH2O

H

P

O

O

ONH

+ CH3

OH

CH2

CH2OP

O

O

O

NH3

+

PiridoxinB6 Vitamin

Piridoxál-foszfátPLP

Piridoxamin-foszfát


Lys

NH

+

CHNH

+

OH

CH3

P

C

H

NH3

+R1 C

O

O C

H

NH+

R1 C

O

O

NH

+

CH

OH

CH3

P

H+

C

NH+

R1 C

O

O

NH

+

CH

OH

CH3

P

Enz

L-aminosav

+

PLP(aldimin alak - enzim)

Schiff bázis(aldimin)

Karbanion


C

NH+

R1 C

O

O

NH

+

CH

OH

CH3

P

C

NH+

R1 C

O

O

NH

CH

OH

CH3

P

H+

H+

C

NH+

R1 C

O

O

N

CH2

OH

CH3

P

Karbanion Quinoidálisintermedier


C

NH+

R1 C

O

O

NH

CH

OH

CH3

P

H+

C

NH+

R1 C

O

O

N

CH2

OH

CH3

P

OH2

CR1 C

O

O

O

N

CH2

OH

CH3

P

NH3

+

Quinoidálisintermedier

Piridoxamin foszfát

Transzamináz aktivitások

• ALAT (GPT)• ASAT (GOT)• Diagnosztikai szerep• A transzamináz csak

egyik szubsztrát párra specifikus

• L-Glutamát (oxidatív dezaminálás)

COO-

CO

CH3

COO-

CO

CH2

CH2

COO-

COO-

CO

CH2

COO-

COO-

CNH3+ H

CH3

COO-

CNH3+ H

CH2

COO-

COO-

CNH3+ H

CH2

CH2

COO-

COO-

CNH3+ H

CH2

CONH2

COO-

CNH3+ H

CH2

CH2

CONH2

Piruvát Oxálacetát -ketoglutarát

Ala Asp Asn Glu Gln

A glutamát-dehidrogenáz reakció

• Transzamináz & glutamát dehidrogenáz – NADP+

– NAD+

• A máj glutamát-dehidrogenáz– Allosztérikus inhibitora:

• ATP• GTP• NADH

– Allosztérikus aktivátora:• ADP

NAD(P)+ NAD(P)H + H+

L-Glutamát -ketoglutarát

NH3+

ATPGTP

NADH

ADP

Oxidatív dezaminálás: L-aminosav oxidáz

• Emlős májban• Emlős vese

CCR

O

O-

NH3+

HC

CR

O

O-

NH2+

CCR

O

O-

O

L-aminosav oxidáz

Flavin Flavin-H2

O2

H2O2

1/2 O2

H2O

][L-iminosav

-ketosav

kataláz

H2O

NH4+

A glutamin-szintetáz

• Mitokondriális enzim• Nagy mennyiségben a

vesében• Agyi szerepe:

– Ammónia detoxifikálás

• Hiperammonémia– citráciklus intermediereinek

depléciója

CO-

O

CH2

CH2

CH

C

O

O-

NH3+

C

O

CH2

CH2

CH

C

O

O-

NH3+

NH3+

NH3+

H2O

Mg-ATP

Mg-ADP + Pi

Glutamin szintáz

L-glutamin

L-glutamát

A glukóz-alanin ciklus:Az Ala / ammónia ekvivalens & izom piruvát szénváz

Glukóz Piruvát

Alanin

Alanin

PiruvátGlukóz

Izom fehérjeAminosavak

NH4+

Glutamát

Glutamát

-ketoglutarát

GLIKOLÍZIS

IZOM

GLIKONEOGENÉZIS

MÁJ

-ketoglutarát

VÉRGlukóz Ala

ALAT

ALAT

L-glutamináz & L-asparagináz

• Tumorok Gln, Asn igénye

NH2C

CH2CH2

CH

O

C

O

O

NH3

+

OC

CH2CH2

CH

O

C

O

O

NH3

+

NH4

+

OH2

Glutamináz

L-glutamin

L-glutamát

Az urea ciklus

COO-CHNH3

+CH2

CH2

CH2

NH3

+

COO-CHNH3

+CH2

CH2

CH2

NH

C

NH2

O

NH2 C NH2

O

Arginin

Ornitin

Citrullin

Ammónia

Urea

Ammónia

+ CO2

Citrullin Ornitin

A „Krebs – biciklus”

Arginin Urea

Ornitin

Karbamil-foszfátCitrullin

Argininoszukcinát

Fumarát

Malát

Oxálacetát

Aspartát

Glutamát

-ketoglutarát

Urea ciklus

N – Urea ciklus

Urea

Glutamát Alanin

Glutamát

Glutamin

NH4+

-ketoglutarát

Oxál-acetát

Asp

Az urea- (ornitin-) ciklus lépései

• Karbamilfoszfáz-szintáz I.– Acetilglutamát szintáz

• Ornitin-transzkarbamiláz

• Argininoszukcinát-szintáz• Argininoszukcinát-liáz• Argináz

H2N C P*

O

UreaOrnitin

Citrullin

COO-

CH2

CH2

CH NH3+

COO-

AszpartátArgininoszukcinát

Arginin

Fumarát

OrnitinKarbamil-foszfát

H2N C NH2

O

Mitokondrium Citoszól


• Karbamilfoszfáz-szintáz I.• N-Acetilglutamát szintáz



HCO3- NH4+

2 ATP

2 ADP + Pi

N-Acetilglutamát

Glutamát + Acetil-Coa

Acetilglutamátszintáz

CPS I.

+

A karbamilfoszfát szintetáz I. reakció.Az N-acetilglutamát szintáz hatás

H2N C

O

P*

Karbamil-foszfát





CH2

CH2

CH2

C NH3+

NH3+

COO-

H

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2

O

H2N C

O

P

Pi

Mitochondrium

ornitin transzkarbamiláz

ornitin

citrullin





citrullin

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2

O

COO-

C+NH3 H

CH2

CH2

COO-

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2+

NH

COO-

CH2

CH2

HC

COO-

+

Argininoszukcinát-szintáz

ATPAMP

PP+

Pi PiAszpartát

Argininoszukcinát





Argininoszukcinát

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2+

NH

COO-

CH2

CH2

HC

COO-

-OOC

C

C

COO-

H

H

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2+

NH2

+

Fumarát

Arginin

Argininoszukcinát-liáz





Urea

Ornitin

Argináz

H2O +

NH2 C NH2

O

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH3+

CH2

CH2

CH2

C NH3+

COO-

H

NH

C

NH2+

NH2

Arginin

Az urea ciklus szabályozása

– Urea ciklus enzimei• Gén szintű szabályozás

– Fehérje gazdag étrend » 20 * [enzim] növekedés

– Fehérje bevitel normál szintre tér vissza» [enzim] csökken

– Éhezés» Fehérje degradáció nő, » N kiválasztás» [enzim] növekedés

– CPS-I - N-acetylglutamate• acetyl-CoA• glutamate• arginine positive allosteric effector of N-acetylglutamate

synthetase

Az urea-ciklust érintő enzim deficienciák

• Hiperammonémia 1: – Karbamilfoszfáz-szintáz I.

• Hiperammonémia 2:– Ornitin transzkarbamiláz– X kromoszómához kötött– Anya is hiperammonémiás, fehérje

averzió– [glutamin]

• Citrullinémia:– Argininoszukcinát-szintáz hiány– [Argininoszukcinát] / vér, vizelet– 2 éves korban manifesztálódik,

halál• Argininoszukcinát aciduria

– Argininoszukcinát-liáz• Hiperargininémia

– Argináz– [Arg] / vér, cerebrospinális folydék

H2N C P*

O

UreaOrnitin

Citrullin

COO-

CH2

CH2

CH NH3+

COO-

AszpartátArgininoszukcinát

Arginin

Fumarát

OrnitinKarbamil-foszfát

H2N C NH2

O

Mitokondrium Citoszól

Type I Hyperammonemia

• Carbamoylphosphate synthetase I

• with 24h - 72h after birth infant becomes lethargic, needs stimulation to feed, vomiting, increasing lethargy, hypothermia and hyperventilation; without measurement of serum ammonia levels and appropriate intervention infant will die: treament with arginine which activates N-acetylglutamate synthetase

http://www3.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=237300



N-acetylglutamate synthetase Deficiency

• N-acetylglutamate synthetase

• severe hyperammonemia, mild hyperammonemia associated with deep coma, acidosis, recurrent diarrhea, ataxia, hypoglycemia, hyperornithinemia: treatment includes administration of carbamoyl glutamate to activate CPS I






Type 2 Hyperammonemia• Ornithine transcarbamoylase• most commonly occurring UCD,

only X-linked UCD, ammonia and amino acids elevated in serum, increased serum orotic acid due to mitochondrial carbamoylphosphate entering cytosol and being incorporated into pyrimidine nucleotides which leads to excess production and consequently excess catabolic products: treat with high carbohydrate, low protein diet, ammonia detoxification with sodium phenylacetate or sodium benzoate




Classic Citrullinemia

• Argininosuccinate synthetase

• episodic hyperammonemia, vomiting, lethargy, ataxia, siezures, eventual coma: treat with arginine administration to enhance citrulline excretion, also with sodium benzoate for ammonia detoxification




Argininosuccinic aciduria

• Argininosuccinate lyase(argininosuccinase)

• episodic symptoms similar to classic citrullinemia, elevated plasma and cerebral spinal fluid argininosuccinate: treat with arginine and sodium benzoate




Hyperargininemia

• Arginase– rare UCD

• progressive spastic quadriplegia and mental retardation, ammonia and arginine high in cerebral spinal fluid and serum, arginine, lysine and ornithine high in urine: treatment includes diet of essential amino acids excluding arginine, low protein diet


Products of Intestinal Bacterial Activity

Substrates Products

Vasopressor Amines Other

Lysine Cadaverene

Arginine Agmatine

Tyrosine Tyramine

Ornithine Putrescine

Histidine Histamine

Tryptophan Indole and skatole

All amino acids NH4+

A hiperammonénia következményei

• Portális keringés– bakteriális eredetű NH3

• Szisztémás keringés– gyakorlatilag NH3 mentes

• Ammónia intoxikáció– Tremor, zavaros beszéd,

víziók, coma

Documents

A N kiválasztása & urea ciklus