Lärandemål
- Identifiera vanligt avfall och avfallssystem
Av de fyra största makromolekylerna i biologiska system innehåller både proteiner och nukleinsyror kväve. Under katabolismen, eller nedbrytningen, av kvävehaltiga makromolekyler utvinns kol, väte och syre och lagras i form av kolhydrater och fetter. Överskott av kväve utsöndras från kroppen. Kvävehaltigt avfall tenderar att bilda giftig ammoniak som höjer pH-värdet i kroppsvätskor. Själva bildandet av ammoniak kräver energi i form av ATP och stora mängder vatten för att späda ut den ur ett biologiskt system. Djur som lever i vattenmiljöer tenderar att släppa ut ammoniak i vattnet. Djur som utsöndrar ammoniak sägs vara ammonoteliska. Landlevande organismer har utvecklat andra mekanismer för att utsöndra kvävehaltigt avfall. Djuren måste avgifta ammoniak genom att omvandla den till en relativt giftfri form som t.ex. urea eller urinsyra. Däggdjur, inklusive människor, producerar urea, medan reptiler och många landlevande ryggradslösa djur producerar urinsyra. Djur som utsöndrar urea som det primära kvävehaltiga avfallsmaterialet kallas ureoteliska djur.
Terrestriella djur: Ureacykeln
Ureacykeln är den primära mekanism genom vilken däggdjur omvandlar ammoniak till urea. Urea tillverkas i levern och utsöndras i urinen. Den övergripande kemiska reaktionen genom vilken ammoniak omvandlas till urea är 2 NH3 (ammoniak) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (urea) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.
Ureacykeln använder sig av fem mellansteg, som katalyseras av fem olika enzymer, för att omvandla ammoniak till urea, vilket visas i figur 1. Aminosyran L-ornitin omvandlas till olika intermediärer innan den återskapas i slutet av ureacykeln. Därför kallas ureacykeln också för ornithincykeln. Enzymet ornitintranskarbamylas katalyserar ett viktigt steg i ureacirkeln och brist på detta enzym kan leda till ackumulering av giftiga ammoniaknivåer i kroppen. De två första reaktionerna sker i mitokondrierna och de tre sista reaktionerna sker i cytosolen. Urea-koncentrationen i blodet, kallad blodureakväve eller BUN, används som en indikator för njurfunktionen.
Figur 1. Ureacykeln omvandlar ammoniak till urea.
Utsöndring av kvävehaltigt avfall
Evolutionsteorin föreslår att livet började i en vattenmiljö. Det är inte förvånande att biokemiska vägar som ureacykeln utvecklades för att anpassa sig till en föränderlig miljö när landlevande livsformer utvecklades. Torra förhållanden ledde troligen till att urinsyravägen utvecklades som ett sätt att bevara vatten.
Fåglar och reptiler: Urinsyra
Fåglar, reptiler och de flesta landlevande leddjur omvandlar giftig ammoniak till urinsyra eller den närbesläktade föreningen guanin (guano) i stället för urea. Däggdjur bildar också en del urinsyra vid nedbrytning av nukleinsyror. Urinsyra är en förening som liknar de puriner som finns i nukleinsyror. Den är olöslig i vatten och tenderar att bilda en vit pasta eller ett vitt pulver; den utsöndras av fåglar, insekter och reptiler. Omvandlingen av ammoniak till urinsyra kräver mer energi och är mycket mer komplex än omvandlingen av ammoniak till urea Figur 2.
Figur 2. Kvävehaltigt avfall utsöndras i olika former av olika arter. Dessa inkluderar a) ammoniak, b) urea och c) urinsyra. (kredit a: modifiering av arbete av Eric Engbretson, USFWS; kredit b: modifiering av arbete av B. ”Moose” Peterson, USFWS; kredit c: modifiering av arbete av Dave Menke, USFWS)
Gikt
Pungdjur använder urinsyrakristaller som en antioxidant i sina celler. För mycket urinsyra tenderar dock att bilda njursten och kan också orsaka ett smärtsamt tillstånd som kallas gikt, där urinsyrakristaller ansamlas i lederna, vilket illustreras i figur 3. Livsmedelsval som minskar mängden kvävebaser i kosten bidrar till att minska risken för gikt. Te, kaffe och choklad har till exempel purinliknande föreningar, så kallade xantiner, och bör undvikas av personer med gikt och njursten.
Figur 3. Gikt orsakar den inflammation som syns i den här personens vänstra stortåled. (kredit: ”Gonzosft”/Wikimedia Commons)
Try It
Bidraga!
Förbättra den här sidanLär dig mer