tanulási célok
e szakasz végére képes lesz:
- hasonlítsa össze és hasonlítsa össze azt a módot, ahogyan a vízi állatok és a szárazföldi állatok el tudják távolítani a mérgező ammóniát a rendszerükből
- hasonlítsa össze a gerinces állatok ammónia metabolizmusának fő melléktermékét a madarak, rovarok és hüllők melléktermékével
a biológiai rendszerek négy fő makromolekulája közül mind a fehérjék, mind a nukleinsavak nitrogént tartalmaznak. A nitrogéntartalmú makromolekulák katabolizmusa vagy lebontása során a szenet, a hidrogént és az oxigént szénhidrátok és zsírok formájában extrahálják és tárolják. A felesleges nitrogén kiválasztódik a szervezetből. A nitrogéntartalmú hulladékok általában mérgező ammóniát képeznek, ami növeli a testfolyadékok pH-ját. Maga az ammónia képződése energiát igényel ATP formájában és nagy mennyiségű vizet, hogy hígítsa azt egy biológiai rendszerből. A vízi környezetben élő állatok hajlamosak ammóniát engedni a vízbe. Az ammóniát kiválasztó állatokról azt mondják, hogy ammonotelikusak. A szárazföldi szervezetek más mechanizmusokat fejlesztettek ki a nitrogéntartalmú hulladékok kiválasztására. Az állatoknak méregteleníteniük kell az ammóniát úgy, hogy viszonylag nem toxikus formává, például karbamiddá vagy húgysavvá alakítják. Az emlősök, beleértve az embereket is, karbamidot termelnek, míg a hüllők és sok szárazföldi gerinctelen húgysavat termelnek. Azokat az állatokat, amelyek elsődleges nitrogéntartalmú hulladékként karbamidot választanak ki, ureotelikus állatoknak nevezzük.
Nitrogénhulladék szárazföldi állatokban: a karbamid ciklus
a karbamid ciklus
az elsődleges mechanizmus, amellyel az emlősök ammóniát karbamiddá alakítanak át. A karbamid a májban termelődik és a vizelettel ürül. A teljes kémiai reakció, amelynek során az ammónia karbamiddá alakul, 2 NH3 ( ammónia) + CO2 + 3 ATP + H2O H2N-CO-NH2 (karbamid) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.
a karbamidciklus öt, öt különböző enzim által katalizált közbenső lépést alkalmaz az ammónia karbamiddá történő átalakítására, amint azt a 22.12.ábra mutatja. Az L-ornitin aminosav különböző intermedierekké alakul át, mielőtt a karbamidciklus végén regenerálódna. Ezért a karbamid ciklust ornitin ciklusnak is nevezik. Az ornitin-transzkarbamiláz enzim katalizálja a karbamid-ciklus kulcsfontosságú lépését, hiánya pedig mérgező ammóniaszint felhalmozódásához vezethet a szervezetben. Az első két reakció a mitokondriumokban, az utolsó három reakció a citoszolban fordul elő. A vér karbamid-koncentrációját, az úgynevezett vér karbamid-nitrogént vagy BUN-t használják a vesefunkció mutatójaként.
Nitrogénhulladék kiválasztása
az evolúció elmélete azt sugallja, hogy az élet vízi környezetben kezdődött. Nem meglepő, hogy a biokémiai utak, mint például a karbamid-ciklus, úgy alakultak ki, hogy alkalmazkodjanak a változó környezethez, amikor a földi életformák kialakultak. A száraz körülmények valószínűleg a húgysav útvonalának kialakulásához vezettek, mint a víz megőrzésének eszközét.