Learning Objectives
tämän osion loppuun mennessä voit:
- vertaa ja vertaile tapaa, jolla vesieläimet ja maaeläimet voivat poistaa myrkyllistä ammoniakkia elimistöstään
- vertaa selkärankaisten eläinten ammoniakin aineenvaihdunnan pääasiallista sivutuotetta lintujen, hyönteisten ja matelijoiden aineenvaihduntaan
biologisten järjestelmien neljästä tärkeimmästä makromolekyylistä sekä proteiinit että nukleiinihapot sisältävät typpeä. Typpeä sisältävien makromolekyylien katabolian eli hajoamisen aikana hiili, vety ja happi uutetaan ja varastoidaan hiilihydraattien ja rasvojen muodossa. Ylimääräinen typpi erittyy kehosta. Typpipitoiset jätteet muodostavat yleensä myrkyllistä ammoniakkia, joka nostaa kehon nesteiden pH: ta. Ammoniakin muodostuminen itsessään vaatii energiaa ATP: n muodossa ja suuria määriä vettä laimentaakseen sen biologisesta järjestelmästä. Vesiympäristöissä elävillä eläimillä on taipumus vapauttaa ammoniakkia veteen. Ammoniakkia erittävien eläinten sanotaan olevan ammonoteelisia. Maaeliöt ovat kehittäneet muita mekanismeja typpipitoisten jätteiden erittämiseksi. Eläinten täytyy puhdistaa ammoniakkia muuntamalla se suhteellisen myrkyttömään muotoon, kuten ureaan tai virtsahappoon. Nisäkkäät, myös ihmiset, tuottavat ureaa, kun taas matelijat ja monet maalla elävät selkärangattomat tuottavat virtsahappoa. Eläimiä, jotka erittävät ureaa ensisijaisena typpipitoisena jätemateriaalina, kutsutaan ureoteelisiksi eläimiksi.
typpipitoinen jäte Maaeläimissä: Ureasykli
ureasykli
on ensisijainen mekanismi, jolla Nisäkkäät muuttavat ammoniakin ureaksi. Ureaa muodostuu maksassa ja erittyy virtsaan. Kemiallinen kokonaisreaktio, jolla ammoniakki muunnetaan ureaksi, on 2 NH3 (ammoniakki) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (urea) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.
ureakierrossa käytetään viittä välivaihetta, joita viisi eri entsyymiä katalysoivat, ammoniakin muuttamiseksi ureaksi, kuten kuvassa 22.12 esitetään. Aminohappo L-ornitiini muuttuu erilaisiksi välituotteiksi ennen kuin se regeneroidaan ureakierron lopussa. Tämän vuoksi ureakiertoa kutsutaan myös ornitiinikierrokseksi. Ornitiinitranskarbamylaasientsyymi katalysoi ureakierron keskeistä vaihetta ja sen puutos voi johtaa myrkyllisten ammoniakkipitoisuuksien kertymiseen elimistöön. Kaksi ensimmäistä reaktiota tapahtuvat mitokondrioissa ja kolme viimeistä reaktiota sytosolissa. Munuaisten toiminnan indikaattorina käytetään veren ureapitoisuutta, jota kutsutaan veren ureatypeksi tai BUN: ksi.
typpipitoisen jätteen erittyminen
evoluutioteorian mukaan elämä alkoi vesiympäristössä. Ei ole yllättävää nähdä, että biokemialliset reitit, kuten ureakierto, kehittyivät sopeutumaan muuttuvaan ympäristöön, kun maanpäälliset elämänmuodot kehittyivät. Kuivissa olosuhteissa luultavasti johti kehitystä virtsahapon reitin keinona säästää vettä.