Biologie pro magistry II

Ze čtyř hlavních makromolekul v biologických systémech obsahují dusík bílkoviny i nukleové kyseliny. Při katabolismu neboli odbourávání makromolekul obsahujících dusík se získává uhlík, vodík a kyslík, které se ukládají ve formě sacharidů a tuků. Přebytečný dusík se z těla vylučuje. Dusíkaté odpady mají tendenci tvořit toxický amoniak, který zvyšuje pH tělesných tekutin. Samotná tvorba amoniaku vyžaduje energii ve formě ATP a velké množství vody k jeho zředění z biologického systému. Živočichové žijící ve vodním prostředí mají tendenci uvolňovat amoniak do vody. O živočiších, kteří vylučují amoniak, se říká, že jsou ammonoteličtí. U suchozemských organismů se vyvinuly jiné mechanismy vylučování dusíkatých odpadů. Živočichové musí amoniak detoxikovat přeměnou na relativně netoxickou formu, jako je močovina nebo kyselina močová. Savci, včetně člověka, produkují močovinu, zatímco plazi a mnozí suchozemští bezobratlí produkují kyselinu močovou. Živočichové, kteří vylučují močovinu jako primární dusíkatý odpadní materiál, se nazývají ureotelní živočichové.

Pozemští živočichové: Močovinový cyklus

Močovinový cyklus je primární mechanismus, kterým savci přeměňují amoniak na močovinu. Močovina se vytváří v játrech a vylučuje se močí. Celková chemická reakce, kterou se amoniak přeměňuje na močovinu, je 2 NH3 (amoniak) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (močovina) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.

Močovinový cyklus využívá k přeměně amoniaku na močovinu pět mezikroků katalyzovaných pěti různými enzymy, jak je znázorněno na obr. 1. Aminokyselina L-ornitin se před regenerací na konci cyklu močoviny přeměňuje na různé meziprodukty. Proto se cyklus močoviny označuje také jako ornitinový cyklus. Enzym ornithin transkarbamyláza katalyzuje klíčový krok v cyklu močoviny a jeho nedostatek může vést k hromadění toxických hladin amoniaku v těle. První dvě reakce probíhají v mitochondriích a poslední tři reakce probíhají v cytosolu. Koncentrace močoviny v krvi, nazývaná močovinový dusík v krvi nebo BUN, se používá jako ukazatel funkce ledvin.

Obrázek 1. Koncentrace močoviny v krvi. Močovinový cyklus přeměňuje amoniak na močovinu.

Ptáci a plazi: Kyselina močová

Ptáci, plazi a většina suchozemských členovců přeměňují místo močoviny toxický amoniak na kyselinu močovou nebo blízce příbuznou sloučeninu guanin (guano). Savci také tvoří určité množství kyseliny močové při rozkladu nukleových kyselin. Kyselina močová je sloučenina podobná purinům, které se nacházejí v nukleových kyselinách. Je nerozpustná ve vodě a má tendenci tvořit bílou pastu nebo prášek; vylučují ji ptáci, hmyz a plazi. Přeměna amoniaku na kyselinu močovou vyžaduje více energie a je mnohem složitější než přeměna amoniaku na močovinu Obrázek 2.

Obrázek 2. Dusíkaté odpady jsou různými druhy vylučovány v různých formách. Patří mezi ně (a) amoniak, (b) močovina a (c) kyselina močová. (kredit a: úprava práce Erica Engbretsona, USFWS; kredit b: úprava práce B. „Moose“ Petersona, USFWS; kredit c: úprava práce Davea Menkeho, USFWS)

Dna

Samci používají krystaly kyseliny močové jako antioxidant ve svých buňkách. Příliš mnoho kyseliny močové však má tendenci vytvářet ledvinové kameny a může také způsobit bolestivé onemocnění zvané dna, kdy se krystaly kyseliny močové hromadí v kloubech, jak je znázorněno na obrázku 3. Výběr potravin, které snižují množství dusíkatých bází ve stravě, pomáhá snížit riziko dny. Například čaj, káva a čokoláda obsahují sloučeniny podobné purinům, tzv. xantiny, a lidé s dnou a ledvinovými kameny by se jim měli vyhýbat.

Obrázek 3. Dna způsobuje zánět viditelný v kloubu palce levé nohy této osoby. (kredit: „Gonzosft“/Wikimedia Commons)

Přispějte!

Zlepšit tuto stránkuZjistit více