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23.4: Harnstoff-Zyklus
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Harnstoff-Zyklus
 

PROTOKOLLE

23.4: Harnstoff-Zyklus

Der Harnstoffzyklus beschreibt, wie die Leberzellen Ammoniak in Harnstoff umwandeln. Ammoniak ist ein giftiges Abfallprodukt des Proteinabbaus. Landtiere müssen Ammoniak in den weniger giftigen Harnstoff umwandeln, der von den Nieren sicher über den Urin ausgeschieden werden kann. Meerestiere scheiden Ammoniak direkt aus, wobei das umgebende Wasser das Ammoniak auf ungefährliche Mengen verdünnt.

Der Harnstoffzyklus besteht aus fünf grundlegenden Schritten:

  1. die Umwandlung von Ammoniak (NH3) in Carbamoylphosphat
  2. die Einführung von Ornithin bei der Umwandlung von Carbamoylphosphat in Citrullin
  3. die Umwandlung von Citrullin in Arginosuccinat mit Aspartat und chemischer Energie (ATP)
  4. die Umwandlung von Arginosuccinat in Arginin mit Fumarat als Nebenprodukt
  5. die Bildung von Harnstoff und Ornithin aus Arginin

Man beachte, dass Ornithin im zweiten Schritt verwendet wird und im letzten Schritt regeneriert wird. Da Ornithin recycelt wird, wird der Harnstoffkreislauf manchmal auch als Ornithinkreislauf bezeichnet.

Eine erhöhte Ammoniakkonzentration im Blut oder Hyperammonämie ist die Folge einer Unterbrechung des Harnstoffzyklus. Dies kann auf der Ebene der Organe auftreten, wo Narbengewebe die Blutversorgung der Leber blockiert. Narbengewebe oder Leberzirrhose kann durch chronischen Alkoholmissbrauch, Hepatitis B oder eine Hepatitis C-Infektion entstehen.

In den Leberzellen kann auch eine Störung des Harnstoffzyklus in jedem seiner fünf Schritte auftreten. Ornithin-Transcarbamylase-Mangel (OTCM) ist eine vererbte Stoffwechselstörung, die in Schritt 2 zu einem vollständigen oder teilweisen Enzymmangel führt. Dieser behindert die Produktion von Citrullin aus Ornithin und Carbamoylphosphat behindert.

Eine Hyperammonämie, die durch eine Zirrhose oder spät einsetzende Stoffwechselstörungen entsteht, kann zu Aufmerksamkeitsdefiziten und anderen kognitiven Beeinträchtigungen bei Erwachsenen führen. Außerdem haben die Betroffenen ein höheres Risiko, an Leberversagen zu sterben. Bei Neugeborenen mit einem früh einsetzenden Enzymmangel ist mit Entwicklungsverzögerungen zu rechnen. Wenn sie nicht diagnostiziert und behandelt werden, besteht bei diesen Säuglingen das Risiko eines Komas und des Todes. Wie erhöhtes Ammoniak das Gehirn schädigt und kognitive und Entwicklungsverzögerungen verursacht, ist noch nicht vollständig verstanden. Als mögliche Mechanismen werden jedoch Störungen der Aminosäure -und Neurotransmitterspiegel, Störungen der Ionenkanalfunktion und Energiedefizite im Gehirn vermutet.


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