Der Harnstoffzyklus ist eine Abfolge biochemischer Reaktionen, die darauf abzielen, diese Verbindung aus Ammoniak herzustellen.
Ammoniak ist eine giftige Substanz aus dem Stickstoffstoffwechsel, die schnell aus dem Körper ausgeschieden werden muss. Die Elimination kann durch direkte Ausscheidung oder durch Ausscheidung nach Umwandlung in weniger toxische Verbindungen erfolgen.
Fische scheiden Ammoniak direkt aus, da es wasserlöslich ist und sich schnell auflöst.
Vögel und Landtiere scheiden Stickstoff in Form von Harnsäure aus.
Landtiere scheiden Stickstoff in Form von Harnstoff aus, einer Verbindung, die in Wasser sehr gut löslich und für Zellen ungiftig ist.
Bei Menschen und Säugetieren liegen fast 80 % des ausgeschiedenen Stickstoffs in Form von Harnstoff vor.
Wo findet der Harnstoffzyklus statt?
Der Harnstoffzyklus findet in den Zellen des Leber und in geringerem Maße in den Nieren. Es beginnt in den Mitochondrien und wandert in das Zytosol der Zelle, wo der größte Teil des Zyklus stattfindet.
Harnstoffzyklus und Krebszyklus
Der Harnstoffzyklus ist mit dem Krebszyklus verbunden.
Die Reaktionen der beiden Zyklen sind verwandt und einige Zwischenprodukte, die im Krebs-Zyklus gebildet werden, sind Vorläufer von Reaktionen für den Harnstoff-Zyklus.
Lerne mehr über Krebs Zyklus.
Phasen des Harnstoffzyklus
Es besteht aus fünf Reaktionen, zwei in den Mitochondrien und drei im Zytosol.
Jeder Schritt wird durch ein Enzym katalysiert. Somit sind am Harnstoffzyklus fünf Enzyme beteiligt: Carbamyl-Phosphat-Synthetase, Ornithin-Transcarbamylase, Arginin-Succinat-Synthetase, Arginin-Succinat-Lyase und Arginase.
Kurz gesagt, der Zyklus läuft wie folgt ab:
1. Das in den Mitochondrien vorhandene Enzym Carbamyl-Phosphat-Synthetase katalysiert die Kondensation von Ammoniak mit Bicarbonat und bildet Carbamoylphosphat. Für diese Reaktion gibt es den Verbrauch von zwei ATP-Molekülen.
2. Die Kondensation von Ornithin, das in den Mitochondrien vorhanden ist, und Carbamoylphosphat erzeugt unter der Wirkung des Enzyms Ornithin-Transcarbamylase Citrullin. Citrullin wird zum Zytosol transportiert und reagiert mit Aspartat zu Argininosuccinat und Fumarat.
3. Das im Cytosol vorhandene Arginin-Succinat-Synthetase-Enzym katalysiert die Kondensation von Citrullin und Aspartat unter Verbrauch von ATP und bildet Argininosuccinat.
4. Das Enzym Argininsuccinat-Lyase katalysiert die Umwandlung von Argininsuccinat in Arginin und Fumarat.
5. Schließlich katalysiert das Enzym Arginase den Abbau von Arginin, wodurch Harnstoff und Ornithin entstehen. Ornithin kehrt zu den Mitochondrien zurück und startet den Zyklus neu.
Phasen des Harnstoffzyklus
Funktionen des Harnstoffzyklus
Die Hauptfunktion des Harnstoffzyklus besteht darin, giftiges Ammoniak aus dem Körper zu entfernen. Das heißt, es hat die Funktion, unerwünschten Stickstoff aus dem Körper zu entfernen.
Harnstoff wird über den Urin aus dem Körper höherer Tiere ausgeschieden. Etwa 10 bis 20 g Ammoniak werden täglich aus dem Körper eines gesunden Erwachsenen entfernt.
Harnstoff und Wiederkäuer
Harnstoff wird zur Fütterung von Wiederkäuern verwendet. Dies liegt daran, dass es beim Erreichen des Pansens des Tieres in Ammoniak und CO. umgewandelt wird2, dann beginnen die Mikroorganismen, diese Stickstoffquelle für die Synthese neuer Proteine zu nutzen.
Diese Wirkung ist wichtig, um die Proteinquelle in der Nahrung zu ergänzen und abbaubares Protein im Pansen bereitzustellen, was eine bessere Faserverdauung und mikrobielle Proteinsynthese gewährleistet.
