Étapes du cycle de l'urée, enzymes, fonction, régulation

Il Cycle de l'urée, Également connu sous le nom de cycle d'ornithine, il s'agit d'un processus métabolique à travers lequel l'ammonium (NH4 +), produit pendant le catabolisme des acides aminés, est transformé en un produit d'excrétion et éliminé du corps par urine sous forme d'urée.

Les êtres humains, ainsi que de nombreux autres animaux terrestres, utilisent une partie de l'énergie qu'ils ont pour cataboliser les acides aminés, c'est-à-dire pour les dégrader en "parties" plus petites et obtenir de ces plus d'énergie ou de molécules pour la "construction" de nouveaux composés utilisable par leurs cellules.

Généralement, les principaux substrats à cet effet proviennent du recyclage des protéines cellulaires qui sont dégradées, de la dégradation intestinale des protéines ingérées avec la nourriture et le métabolisme des protéines corporelles, le produit du jeûne ou une condition pathologique.

La première étape de la dégradation d'un acide aminé se compose de la «séparation» de ses groupes amino du reste du squelette de carbone et, dans de nombreux cas, ces groupes amino sont transférés dans une molécule de α-zétoglutarate pour former du glutamate à travers une réaction de transamination.

Chez les mammifères, le glutamate est transporté vers les mitochondries des cellules hépatiques, où une enzyme appelée glutamate déshydrogénase libère des groupes amino des réactions de transamination antérieures sous forme d'ions d'ammonium (NH4 +).

Ion Ammonium (Source: Roland Match / Domaine public, via Wikimedia Commons)

Dans certains tissus, le glutamate n'est pas formé, mais les groupes amino sont transportés comme le groupe de glutamine ou comme un groupe amino d'Alanine, dont les produits «chagrin» remplissent diverses fins énergétiques.

Les ions d'ammonium peuvent être utilisés pour la synthèse de nouveaux acides aminés ou d'autres composés d'azote ou peuvent être excrétés du corps de différentes manières.

Selon la façon dont ils éliminent les groupes aminés susmentionnés, les animaux peuvent être classés comme:

- Ammonialicos: ceux qui les excrètent directement comme ammoniac (Généralement les espèces aquatiques)

- Uréotelique: ceux qui les excrètent urée (De nombreux animaux terrestres)

- Uricotélique: Ceux qui les excrètent sous la forme de l'acide urique (Oiseaux et reptiles)

Le cycle de l'urée est donc celui réalisé.

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Enzymes impliquées dans le cycle de l'urée

Les enzymes qui participent à la «fixation» de l'ammonium dans l'urée sont les suivantes:

- Carbamoil synthétase phosphate I, qui participe à la synthèse du phosphate de carbamoil à partir des ions bicarbonate et ammonium.

- Transcarbamilase ornithine, qui catalyse le transfert du groupe carbamoil du phosphate de carbamoil à l'ornithine, formant de la citrulin.

- Argininosuccination synthétase, qui catalyse la condensation de la citruline avec une molécule aspartate, formant l'argininosuccination

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- Argininosuccination liasa ou argininosuccinase, essentiel pour la "coupe" de l'argininosuccination dans l'arginine et le fumarate.

- Arginase, Capable de convertir l'arginine en urée et ornitine.

Étapes du cycle de l'urée

Cycle de l'urée

Le cycle de l'urée, découvert par Hans Krebs et Kurt Henseleit en 1932, se produit dans les cellules du foie, car le foie est l'organe vers lequel tous les ions d'admonish produits dans les différents tissus corporels produits dans les différents tissus corporels sont «canalisés».

Une fois l'urée produite à partir de l'ammonium, celle-ci est transportée par la circulation sanguine vers les reins, où il est expulsé avec l'urine comme déchets.

Le cycle se compose de 5 étapes enzymatiques, dont deux se produisent dans les mitochondries des cellules hépatiques et 3 qui se terminent dans le cytosol.

Illustration d'une mitochondrie

Première étape: pas d'orge

La première chose qui devrait se produire pour que le cycle de l'urée puisse commencer est le transport des ions d'amour vers le foie et vers la matrice mitochondriale des hépatocytes.

Les ions d'ammonium peuvent dériver des molécules de "convoyeur" telles que le glutamate.

Cependant, quelle que soit la source, les ions d'ammonium qui sont produits dans les mitochondries des hépatocytes sont rapidement convertis en phosphate de carbamoil en une réaction dépendante de l'ATP, lorsqu'ils se conjuguent avec les ions bicarbonate (HCO3-) pendant le bicarbonate (HCO3-) pendant le mitochondrial Bicarbon.

Cette réaction (orge ou réaction d'activation) est catalysée par l'enzyme de carbamoil synthétase I et nécessite la consommation de 2 molécules d'ATP, comme suit:

Ions ammonium (NH4 +) + ions bicarbonate (HCO3-) + 2ATP → Phosphate de carbamoil + 2Adp + Pi

Deuxième étape: introduction du premier atome d'azote

Le phosphate de carbamoil fonctionne comme un donneur carbamoil activé et participe à la deuxième réaction du cycle de l'urée, qui se compose du "don" ou de "livraison" de leur groupe carbamoil à l'ornithine (C5H12N2O2), qui se produit un nouveau composé appelé Citrulin (C6H13N3OO3 ).

(1) Ornithine + Carbamoil Phosphate → Citrulin + Pi

Cette réaction est catalysée par l'enzyme d'ornithine transcarbamilase, une molécule de phosphate inorganique et le produit résultant, la citruline, est «envoyée» de la matrice mitochondriale au cytosol.

La citruline est souvent indiquée dans des textes scientifiques tels que le carbamoil -ornitine, pour souligner le fait qu'il s'agit d'ornithine (un type d'acide aminé dibasique) la molécule de la structure de base duquel les atomes d'azote qui sont éliminés tout au long du cycle de l'urée.

Troisième étape: Introduction du deuxième atome d'azote

Un deuxième atome d'azote pénètre dans le cycle de l'urée de l'aspartate, qui est généré dans les mitochondries par transamination et est transporté dans l'espace cytoplasmique. La réaction est donnée grâce à la condensation entre le groupe amino de l'aspartate et le groupe carbonyle de la Citrulin.

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Dans cette étape, il est formé, dans le cytosol, l'argininosuccination, et la réaction est catalysée par l'argininosuccination enzymatique synthétase. Dans ce processus.

(2A) Citrulin + ATP → Citrulil-Samp + PPI (pyrophosphate)

(2B) Citrulil-Samp + Aspartate → Argininosuccination + ampli

(3) argininosuccination → fumarate + arginine

Dans certains textes, ces étapes de réaction sont connues sous le nom de 2a et 2b, et la troisième réaction est, en fait, la réaction réversible par laquelle l'argininosuccination est coupée pour libérer de l'arginine et du fumarate libres, également appelés argininosuccination liasa.

Le fumarate peut entrer dans les mitochondries et faire partie du cycle de Krebs, tandis que l'arginine continue dans le cycle de l'urée.

Quatrième étape: production d'urée

L'arginine produite dans le cytosol comme nous venons de discuter sert de substrat pour l'enzyme qui catalyse la dernière réaction du cycle de l'urée: l'arginase. Cette enzyme est responsable de la "coupe" de l'arginine et de la production avec de l'urée et de l'ornithine.

- Destinations des deux produits

L'ornithine "régénérée" est transportée du cytosol aux mitochondries, où elle peut participer à nouveau à une autre cycle du cycle.

L'urée, en revanche, est transportée vers les reins par la circulation sanguine et est jetée d'urine.

Fonction

Le cycle de l'urée permet l'élimination efficace des ions ammonium, dont l'accumulation est potentiellement toxique pour pratiquement tous les animaux terrestres.

Cependant, la quantité d'atomes d'azote qui sont éliminées par cette route métabolique dépend de différentes conditions:

- Un régime riche en protéines, par exemple, implique la consommation d'acides aminés comme carburant énergétique, il conduit donc à une plus grande production d'urée à partir de groupes amino excédentaires.

- Le jeûne prolongé, qui active tôt ou tard la dégradation des protéines musculaires pour obtenir l'énergie, résulte également.

Régulation

Les différentes variations de l'activité du cycle de l'urée peuvent être données grâce à la régulation des taux de synthèse des quatre enzymes du cycle et du phosphate synthétique de carbamoil I dans les hépatocytes, qui agit dans la réaction initiale de l'activation.

Chez les animaux aussi rapides pendant des temps prolongés, ou chez ceux qui ont des régimes riches en protéines, les 5 enzymes impliquées dans l'itinéraire sont synthétisées à des taux relativement élevés, par rapport aux animaux qui ont des régimes variés et qui ingèrent.

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Malgré ce qui précède, ces enzymes sont également régulées de manière alostérique, par exemple, la carbamoil phosphate synthétase I est activée de manière alérérique par le n-acétylglutamate, qui est produite à partir de l'acétyl-COA et du glutamate par l'enzyme n-acétylglutamate synthase, dont il est météré régulateur.

Les niveaux de synthèse de cette dernière enzyme dépendent de la quantité d'acétyl-CoA, de glutamate et d'arginine (son activateur), de sorte que ces molécules participent indirectement à l'activation de la première étape du cycle de l'urée.

Troubles du cycle de l'urée

De nombreux troubles ou troubles du cycle de l'urée ont été décrits, qui ont à voir avec les défauts génétiques liés aux enzymes qui catalysent les différentes étapes de réaction et qui sont responsables du développement de conditions connues ensemble sous le nom d'hyperamonémies.

Les patients souffrant de ces troubles couvrent un large éventail d'âges, cependant, certains développent des symptômes pendant la période néonatale, pendant l'enfance et la puberté.

Le diagnostic clinique de ces conditions pathologiques se fait principalement en mesurant la concentration d'ammonium dans le plasma sanguin et généralement son accumulation implique le développement d'encéphalopathies, dont certaines peuvent être mortelles ou produire des séquelles neurologiques dévastatrices.

Le trouble le plus courant est la carence en enzyme transcarbamilase, qui a un schéma héréditaire lié au chromosome X, tandis que les maladies liées aux autres enzymes sont les maladies récessives autosomiques, le moins étant la carence en enzyme d'arginase.

Troubles de la période néonatale

Les bébés ayant des lacunes dans les 4 premières enzymes de l'itinéraire naissent comme des bébés «normaux», mais en quelques jours, ils développent les symptômes d'une encéphalopathie produite par une concentration en ammonium excessive. Les symptômes sont la léthargie, la famine et enfin manger.

Lorsque l'encéphalopathie n'est pas traitée, un œdème peut être développé, ce qui peut se terminer par le besoin de respirateurs artificiels.

Troubles tardifs

Le cas des patients atteints de carences partielles dans les enzymes du cycle de l'urée peut se produire, de sorte que les symptômes peuvent apparaître pendant l'enfance, la puberté ou l'âge adulte.

Parmi les symptômes les plus courants figurent des «virgules inexplicables» et des encéphalopathies dont l'origine est confirmée par la quantification de l'ammonium sanguin.

Les références

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