Learning Outcomes
- A gyakori hulladékok és hulladékrendszerek azonosítása
A biológiai rendszerek négy fő makromolekulája közül a fehérjék és a nukleinsavak tartalmaznak nitrogént. A nitrogéntartalmú makromolekulák katabolizmusa vagy lebontása során szén, hidrogén és oxigén kivonásra kerül, és szénhidrátok és zsírok formájában tárolódik. A felesleges nitrogén kiválasztódik a szervezetből. A nitrogéntartalmú hulladékok hajlamosak mérgező ammóniát képezni, amely megemeli a testnedvek pH-értékét. Maga az ammónia képződése ATP formájában energiát és nagy mennyiségű vizet igényel, hogy a biológiai rendszerből ki lehessen hígítani. A vízi környezetben élő állatok hajlamosak ammóniát kibocsátani a vízbe. Az ammóniát kiválasztó állatokat ammonotelikusnak nevezzük. A szárazföldi élőlények más mechanizmusokat fejlesztettek ki a nitrogéntartalmú hulladékok kiválasztására. Az állatoknak az ammóniát úgy kell méregteleníteniük, hogy azt egy viszonylag nem mérgező formává, például karbamiddá vagy húgysavvá alakítják át. Az emlősök, beleértve az embert is, karbamidot termelnek, míg a hüllők és számos szárazföldi gerinctelen állat húgysavat. Azokat az állatokat, amelyek elsődleges nitrogéntartalmú salakanyagként karbamidot választanak ki, ureotelikus állatoknak nevezzük.
Szárazföldi állatok:
A karbamidciklus az elsődleges mechanizmus, amellyel az emlősök az ammóniát karbamiddá alakítják. A karbamid a májban keletkezik és a vizelettel ürül. Az ammónia karbamiddá történő átalakulásának általános kémiai reakciója a következő: 2 NH3 (ammónia) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (karbamid) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.
A karbamidciklus öt köztes lépést használ, amelyeket öt különböző enzim katalizál, hogy az ammónia karbamiddá alakuljon, amint azt az 1. ábra mutatja. Az L-ornitin aminosav különböző köztes termékekké alakul át, mielőtt a karbamidciklus végén regenerálódik. Ezért a karbamidciklust ornitin-ciklusnak is nevezik. Az ornitin-transzkarbamiláz enzim katalizálja a karbamidciklus egyik kulcsfontosságú lépését, és hiánya toxikus mennyiségű ammónia felhalmozódásához vezethet a szervezetben. Az első két reakció a mitokondriumokban, az utolsó három reakció pedig a citoszolban zajlik. A vér karbamidkoncentrációját, amelyet vérkarbamidnitrogénnek vagy BUN-nak neveznek, a veseműködés mutatójaként használják.
1. ábra. A karbamidciklus az ammóniát karbamiddá alakítja át.
A nitrogéntartalmú hulladékok kiválasztása
Az evolúciós elmélet szerint az élet vízi környezetben kezdődött. Nem meglepő, hogy a szárazföldi életformák kialakulásakor az olyan biokémiai útvonalak, mint a karbamidciklus, a változó környezethez való alkalmazkodás érdekében fejlődtek ki. A száraz körülmények valószínűleg a húgysav útvonal evolúciójához vezettek, mint a víz megőrzésének eszközéhez.
Madarak és hüllők: Húgysav
A madarak, hüllők és a legtöbb szárazföldi ízeltlábú a mérgező ammóniát karbamid helyett húgysavvá vagy a közeli rokon guanin (guano) vegyületté alakítják. Az emlősök is képeznek némi húgysavat a nukleinsavak lebontása során. A húgysav a nukleinsavakban található purinokhoz hasonló vegyület. Vízben nem oldódik, és hajlamos fehér pépet vagy port képezni; a madarak, rovarok és hüllők választják ki. Az ammónia húgysavvá történő átalakítása több energiát igényel és sokkal bonyolultabb, mint az ammónia karbamiddá történő átalakítása.
2. ábra. A nitrogéntartalmú hulladékot a különböző fajok különböző formában választják ki. Ezek közé tartozik (a) az ammónia, (b) a karbamid és (c) a húgysav. (credit a: Eric Engbretson, USFWS munkájának módosítása; credit b: B. “Moose” Peterson, USFWS munkájának módosítása; credit c: Dave Menke, USFWS munkájának módosítása)
Gout
Az emlősök a húgysavkristályokat antioxidánsként használják a sejtjeikben. A túl sok húgysav azonban hajlamos veseköveket képezni, és egy köszvénynek nevezett fájdalmas állapotot is okozhat, amikor a húgysavkristályok felhalmozódnak az ízületekben, ahogy azt a 3. ábra szemlélteti. Azok az ételválasztások, amelyek csökkentik a nitrogéntartalmú bázisok mennyiségét az étrendben, segítenek csökkenteni a köszvény kialakulásának kockázatát. Például a tea, a kávé és a csokoládé purinszerű vegyületeket, úgynevezett xantinokat tartalmaz, és ezeket a köszvényes és veseköves embereknek kerülniük kell.
3. ábra. A köszvény okozza a személy bal nagylábujj ízületében látható gyulladást. (credit: “Gonzosft”/Wikimedia Commons)
Kipróbáld
Tegyél hozzá!
Javítsd ezt az oldaltTudj meg többet