Biologia pääaineopiskelijoille II

Biologisten järjestelmien neljästä tärkeimmästä makromolekyylistä sekä proteiinit että nukleiinihapot sisältävät typpeä. Typpeä sisältävien makromolekyylien katabolian eli hajoamisen aikana niistä erotetaan hiiltä, vetyä ja happea, jotka varastoituvat hiilihydraateiksi ja rasvoiksi. Ylimääräinen typpi erittyy elimistöstä. Typpipitoiset jätteet pyrkivät muodostamaan myrkyllistä ammoniakkia, joka nostaa kehon nesteiden pH:ta. Ammoniakin muodostuminen itsessään vaatii energiaa ATP:n muodossa ja suuria määriä vettä, jotta se voidaan laimentaa pois biologisesta järjestelmästä. Vesiympäristössä elävillä eläimillä on taipumus vapauttaa ammoniakkia veteen. Ammoniakkia erittäviä eläimiä kutsutaan ammonotelisiksi. Maalla elävät organismit ovat kehittäneet muita mekanismeja typpipitoisten jätteiden erittämiseksi. Eläinten on detoksifioitava ammoniakki muuntamalla se suhteellisen myrkyttömään muotoon, kuten ureaksi tai virtsahapoksi. Nisäkkäät, ihminen mukaan lukien, tuottavat ureaa, kun taas matelijat ja monet maalla elävät selkärangattomat tuottavat virtsahappoa. Eläimiä, jotka erittävät ureaa ensisijaisena typpijätteenä, kutsutaan ureotelisiksi eläimiksi.

Maaeläimet: Ureakierto

Ureakierto on ensisijainen mekanismi, jolla nisäkkäät muuttavat ammoniakin ureaksi. Urea valmistetaan maksassa ja erittyy virtsaan. Kemiallinen kokonaisreaktio, jossa ammoniakki muutetaan ureaksi, on 2 NH3 (ammoniakki) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (urea) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.

Urea-sykli käyttää viittä välivaihetta, joita katalysoi viisi erilaista entsyymiä, muuttaakseen ammoniakin ureaksi, kuten on esitetty kuvassa 1. Aminohappo L-ornitiini muuntuu eri välituotteiksi ennen kuin se regeneroituu ureakierron lopussa. Näin ollen ureakiertoa kutsutaan myös ornitiinikierroksi. Ornitiinitranskarbamylaasi-entsyymi katalysoi keskeistä vaihetta ureakierrossa, ja sen puute voi johtaa myrkyllisten ammoniakkipitoisuuksien kertymiseen elimistöön. Kaksi ensimmäistä reaktiota tapahtuvat mitokondrioissa ja kolme viimeistä reaktiota sytosolissa. Veren ureapitoisuutta, jota kutsutaan veren ureatyppipitoisuudeksi eli BUN:ksi, käytetään munuaisten toiminnan indikaattorina.

Kuvio 1. Veren ureapitoisuus. Ureakierto muuttaa ammoniakin ureaksi.

Linnut ja matelijat: Virtsahappo

Linnut, matelijat ja useimmat maanpäälliset niveljalkaiset muuttavat myrkyllisen ammoniakin virtsahapoksi tai läheisesti sukua olevaksi yhdisteeksi guaniiniksi (guano) urean sijasta. Nisäkkäät muodostavat jonkin verran virtsahappoa myös nukleiinihappojen hajotessa. Virtsahappo on nukleiinihapoissa esiintyvien puriinien kaltainen yhdiste. Se on veteen liukenematon ja muodostaa yleensä valkoista tahnaa tai jauhetta; linnut, hyönteiset ja matelijat erittävät sitä. Ammoniakin muuntaminen virtsahapoksi vaatii enemmän energiaa ja on paljon monimutkaisempaa kuin ammoniakin muuntaminen ureaksi Kuva 2.

Kuva 2. Ammoniumin muuntaminen virtsahapoksi. Eri lajit erittävät typpipitoisia jätteitä eri muodoissa. Näitä ovat a) ammoniakki, b) urea ja c) virtsahappo. (luotto a: Eric Engbretsonin, USFWS:n työn muokkaus; luotto b: B. ”Moose” Petersonin, USFWS:n työn muokkaus; luotto c: Dave Menken, USFWS:n työn muokkaus)

Kihti

Nisäkkäät käyttävät virtsahappokiteitä solujensa antioksidanttina. Liika virtsahappo pyrkii kuitenkin muodostamaan munuaiskiviä, ja se voi myös aiheuttaa kihtiksi kutsutun kivuliaan tilan, jossa virtsahappokiteitä kertyy niveliin, kuten kuvassa 3 on esitetty. Ruokavalinnat, jotka vähentävät typpipitoisten emästen määrää ruokavaliossa, auttavat vähentämään kihdin riskiä. Esimerkiksi teessä, kahvissa ja suklaassa on puriinin kaltaisia yhdisteitä, joita kutsutaan ksantiineiksi, ja niitä tulisi välttää henkilöillä, joilla on kihti ja munuaiskiviä.

Kuva 3. Kihti aiheuttaa tämän henkilön vasemmassa isovarpaan nivelessä näkyvän tulehduksen. (luotto: ”Gonzosft”/Wikimedia Commons)

Kirjoita!

Paranna tätä sivuaOpi lisää