Biologi for hovedfag II

Af de fire vigtigste makromolekyler i biologiske systemer indeholder både proteiner og nukleinsyrer kvælstof. Under katabolismen, eller nedbrydningen, af kvælstofholdige makromolekyler udvindes kulstof, brint og ilt og lagres i form af kulhydrater og fedtstoffer. Overskydende kvælstof udskilles fra kroppen. Nitrogenholdige affaldsstoffer har en tendens til at danne giftig ammoniak, som hæver pH-værdien i kroppens væsker. Selve dannelsen af ammoniak kræver energi i form af ATP og store mængder vand for at fortynde det ud af et biologisk system. Dyr, der lever i vandmiljøer, har en tendens til at frigive ammoniak til vandet. Dyr, der udskiller ammoniak, siges at være ammonoteliske. Landlevende organismer har udviklet andre mekanismer til at udskille kvælstofholdige affaldsstoffer. Dyrene skal afgifte ammoniak ved at omdanne det til en relativt ugiftig form som f.eks. urinstof eller urinsyre. Pattedyr, herunder mennesker, producerer urinstof, mens krybdyr og mange landlevende hvirvelløse dyr producerer urinsyre. Dyr, der udskiller urinstof som det primære nitrogenholdige affaldsstof, kaldes ureoteliske dyr.

Terrestriske dyr: Urea cyklus

Urea cyklus er den primære mekanisme, hvormed pattedyr omdanner ammoniak til urinstof. Urea dannes i leveren og udskilles i urinen. Den overordnede kemiske reaktion, hvorved ammoniak omdannes til urinstof, er 2 NH3 (ammoniak) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (urinstof) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.

Ureacyklussen anvender fem mellemliggende trin, der katalyseres af fem forskellige enzymer, til at omdanne ammoniak til urinstof, som vist i figur 1. Aminosyren L-ornithin bliver omdannet til forskellige mellemprodukter, inden den regenereres i slutningen af urinstofcyklussen. Derfor kaldes urinstofcyklussen også for ornithincyklussen. Enzymet ornithin-transcarbamylase katalyserer et vigtigt trin i urinstofcyklussen, og mangel på dette enzym kan føre til ophobning af giftige ammoniakniveauer i kroppen. De to første reaktioner finder sted i mitokondrierne, og de tre sidste reaktioner finder sted i cytosolen. Urea koncentrationen i blodet, kaldet blodurinstofnitrogen eller BUN, bruges som en indikator for nyrefunktionen.

Figur 1. I urinstofcyklussen omdannes ammoniak til urinstof.

Fugle og krybdyr: Urinsyre

Fugle, krybdyr og de fleste landlevende leddyr omdanner giftig ammoniak til urinsyre eller den nært beslægtede forbindelse guanin (guano) i stedet for urinstof. Pattedyr danner også noget urinsyre under nedbrydning af nukleinsyrer. Urinsyre er en forbindelse, der ligner de puriner, der findes i nukleinsyrer. Det er uopløseligt i vand og har tendens til at danne en hvid pasta eller et hvidt pulver; det udskilles af fugle, insekter og krybdyr. Omdannelse af ammoniak til urinsyre kræver mere energi og er meget mere kompleks end omdannelse af ammoniak til urinstof Figur 2.

Figur 2. Kvælstofholdigt affald udskilles i forskellige former af forskellige arter. Disse omfatter (a) ammoniak, (b) urinstof og (c) urinsyre. (credit a: ændring af arbejde udført af Eric Engbretson, USFWS; credit b: ændring af arbejde udført af B. “Moose” Peterson, USFWS; credit c: ændring af arbejde udført af Dave Menke, USFWS)

Gigt

Pattedyr bruger urinsyrekrystaller som en antioxidant i deres celler. For meget urinsyre har dog en tendens til at danne nyresten og kan også forårsage en smertefuld tilstand kaldet gigt, hvor urinsyrekrystaller ophobes i leddene, som illustreret i figur 3. Fødevarevalg, der reducerer mængden af nitrogenholdige baser i kosten, hjælper med at reducere risikoen for gigt. Te, kaffe og chokolade indeholder f.eks. purinlignende forbindelser, kaldet xantiner, og bør undgås af personer med gigt og nyresten.

Figur 3. Gigt forårsager den inflammation, der er synlig i denne persons venstre storetåled. (kredit: “Gonzosft”/Wikimedia Commons)

Bidrag!

Forbedre denne sideLær mere