Биосинтез мочевины — центральный путь азотистого обмена у млекопитающих, обеспечивающий детоксикацию аммиака — высокотоксичного продукта дезаминирования аминокислот. Циклический путь синтеза мочевины был открыт Г. Кребсом и К. Гензелейтом в 1932 году, и который получил название орнитинового цикла (или цикла Кребса–Гензелейта). Процесс протекает исключительно в печени и включает пять ферментативных реакций, локализованных в двух клеточных компартментах — митохондриях и цитозоле
Орнитиновый цикл
Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, ключевым соединением которого является орнитин. Реакции орнитинового цикла до стадии образования цитруллина протекают в митохондриях, а последующие стадии — в цитозоле.
Этап 1. Образование карбамоилфосфата (митохондрии)
Аммиак связывается с бикарбонатом (или с диоксидом углерода) с образованием карбамоилфосфата. Реакция катализируется карбамоилфосфатсинтетазой I и требует затраты 2 молекул АТФ.
NH₃ + HCO₃⁻ + 2 АТФ → Карбамоилфосфат + 2 АДФ + 2 Pi
Этап 2. Образование цитруллина (митохондрии)
Карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин под действием орнитинкарбамоилтрансферазы— образуется цитруллин.
Карбамоилфосфат + L-Орнитин → L-Цитруллин + Pi
Этап 3. Образование аргининосукцината (цитозоль)
Цитруллин конденсируется с аспартатом (вторым источником азота мочевины) с образованием аргининосукцината. Реакция катализируется аргининосукцинатсинтетазой, требует 1 моль АТФ и ионы Mg²⁺.
L-Цитруллин + L-Аспартат + АТФ → Аргининосукцинат + АМФ + PPi
Этап 4. Расщепление аргининосукцината (цитозоль)
Аргининосукцинатлиаза (аргининосукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат.
Аргининосукцинат → L-Аргинин + Фумарат
Этап 5. Гидролиз аргинина (цитозоль)
Аргиназа гидролизует аргинин, образуя мочевину и регенерируя орнитин, который возвращается в митохондрии для нового цикла.
L-Аргинин + H₂O → L-Орнитин + Мочевина
Суммарное уравнение и энергетика
Суммарное уравнение биосинтеза мочевины:
CO₂ + NH₃ + Аспартат + 3 АТФ + 2 H₂O → Мочевина + Фумарат + 2 (АДФ + H₃PO₄) + АМФ + H₄P₂O₇
На синтез одной молекулы мочевины затрачивается 3 молекулы АТФ (но 4 макроэргические связи).
Подробнее об орнитиновом цикле можно найти в нашем курсе по биохимии
Читайте также про конечный продукт азотистого обмена
