Мочевина (NH2CONH2) была исторически первым и, конечно, одним из простейших органических соединений, синтезированных химическим путем. Формально она представляет собой диамид угольной кислоты, образуемый при взаимодействии NH3 с другим конечным продуктом обмена веществ — СО2. Это кажущееся простым химическое превращение в действительности по аналогии с также представляющимся простым катаболизмом двухуглеродной ацетильной группы до С02 требует участия весьма сложно взаимодействующей системы ферментов и промежуточных продуктов.

На этой заключительной стадии азотистого обмена, как и на заключительных этапах обмена углеродсодержащих соединений, также осуществляются каталитические циклы реакций. Фактически параллелизм между этими двумя циклами определяется более тесной взаимосвязью, чем та, которая была бы основана лишь на сходстве механизмов: во-первых, как реакции цикла лимонной кислоты, так и ключевые пусковые реакции цикла мочевины совершаются в митохондриях печени; во-вторых, поступление СО2 и АТФ, необходимых для образования мочевины, обеспечивается работой цикла лимонной кислоты; в-третьих, эти два цикла, по существу, сливаются друг с другом, поскольку в их функционировании участвуют одни и те же четырехуглеродные промежуточные соединения.

Таким образом, эти взаимосвязанные циклические пути обмена мочевины и лимонной кислоты можно назвать в честь биохимика, который выяснил значение обоих циклов «двухколесным велосипедом» Кребса.

В цикле мочевины участвуют две аминокислоты, которые не входят в состав пептидных цепей в белках нашего тела (орнитин и цитруллин) и две аминокислоты, которые вступают в реакции образования пептидных связей (аргинин и аспартат). Роль орнитина аналогична роли оксалоацетата в цикле лимонной кислоты, т. е орнитин действует как каталитический переносчик тех групп, которые модифицируются в ходе реакций цикла, но сам по себе в результате этого процесса не изменяется.

Молекула орнитина имеет терминальную NH2-группу, которая служит «рукояткой», принимающей молекулы С02 и NH3 в процессе их превращений в органические предшественники молекулы мочевины, что и показано на схеме.

Первая часть цикла мочевины включает активацию С02 и одной молекулы NH3 путем образования уже упоминавшегося выше карбамоилфосфата. Эта реакция требует затраты энергии двух молекул АТФ и участия специфического фермента карбамоилфосфатсинтетазы. Этот фермент аллостерически активируется кофактором N-ацетилглутаматом и, вероятно, оказывает регулирующее влияние на весь цикл. Помимо его роли как предшественника мочевины, карбамоилфосфат также вносит свой вклад в биогенез части пиримидинового кольца путем взаимодействия с молекулой аспартата.

В процессе образования мочевины карбамоильная группа (NH2—СО) переносится как таковая на концевую NH2-группу орнитина с использованием значительного количества энергии, которая высвобождается при распаде активированного фосфата, что необходимо для реакции. Фермент орнитин-карбамоилтрансфераза, катализирующий этот процесс, уникален для клеток печени; присутствие значительного количества этого фермента в плазме имеет большое диагностическое значение. Продукт этой реакции цитруллин имеет в качестве терминальной химической группировки уреидную группу NH2CONH.

Дальнейшие превращения цитруллина возможны лишь после того, как он покинет митохондрии, перейдя в цитоплазму печеночной клетки вместе с аспартатом, где они взаимодействуют друг с другом при участии соответствующей синтетазы и АТФ, образуя промежуточный продукт, имеющий сложное название — аргининоянтарная кислота. Последняя подвергается немедленному ферментативному расщеплению таким образом, что NH2-rpynna, принадлежавшая аспартату, теперь присоединена к группе NH2C(==NH)NH—, т. е. к гуанидиновой группировке аргинина, тогда как остаток молекулы аспартата превращается в фумарат.

- Читать далее "Синтез аргинина. Нарушения обмена аммиака"