Planul capitolului:

1.Generalitati2. Digestie si absorbtie. Transportul aminoacizilor in celule3. Sinteza AA4. Degradarea AA

4.1. Cai generale;4.1.1. decarboxilare, 4.1.2. transaminare, dezaminare oxidativa, generarea NH3

4.1.3. metabolismul NH3

4.1.4. sinteza de uree4.2. Cai particulare (degradarea scheletului de carbon )

4.2.1. Metabolismul individual al aminoacizilor: Ser, Met, Phe, Trp5. Utilizarea aminoacizilor in sinteza de produsi specializati: GSH, creatinina, Hem, Baze azotate)

1. GeneralitatiProteinele sunt constituenti ai organismului ce indeplinesc multiple roluri: de transport, de semnalizare, de aparare precum si rol structural si reglator. Ele sunt alcatuite din aminoacizi legati intre ei prin legaturi peptidice. Aminoacizii ce intra in alcatuirea proteinelor pot fi clasificati in :

aminoacizi esentiali - care nu pot fi sintetizati in organism si trebuie adusi prin aport alimentaraminoacizi neesentiali - care pot fi sintetizati in organism.

Proteinele sufera un proces continuu de degradare si refacere/sinteza, in/din elementele componente, proces ce poarta numele de turnover. In procesul de degradare sunt hidrolizate proteinele provenite din aport alimentar cat si proteinele endogene care sunt fie imbatranite fie alterate din cauza unor procese lezionale. In urma hidrolizei proteinele sunt scindate la aminoacizii formatori care sunt fie degradati fie reutilizati pentru diferite sinteze.In procesul de sinteza se formeaza proteine noi din aminoacizi care fie provin din recliclarea proteinelor imbatranite, fie aminoacizi proveniti din proteinele ingerate. Reutilizarea amino acizilor in sinteza de proteine nu este complet eficienta deoarece unii dintre acestia sunt pierduti prin procese oxidative sau reorientati spre sinteza de produsi specifici. Cantitatea de aminoacizi liberi prezenti la un moment dat in organism poarta numele de fond comun de aminoacizi.Pentru sinteza proteinelor este nevoie ca toti cei 20 aminoacizi (care sunt specificati de codul genetic) sa fie prezenti in fondul comun de aminoacizi. Lipsa unui singur aminoacid duce la blocarea sintezei proteice, catabolizarea in exces a celorlalti aminoacizi si in final oprirea cresterii. In aceasta situatie se instaleaza asa-numita balanta azotata negativa. Prin balanta azotata se intelege diferenta dintre cantitatea de azot adusa in organism sub forma de proteine si cantitatea de azot eliminata, in principal sub forma de uree si amoniac. Cand aportul exogen compenseaza pierderile se spune ca balanta azotata este echilibrata.La adultul sanatos balanta azotata este echilibrata iar la copii balanta aceasta este pozitiva predominand procesele de sinteza (anabolismul).

2. Digestia si absorbtia proteinelor alimentareAportul alimentar de proteine este necesar pentru asigurarea unei balante azotate echilibrate. Proteinele provenite din aportul exogen sunt molecule mari care nu pot fi absorbite ca atare la nivel intestinal, de aceea ele trebuiesc degradate la elementele componente si anume aminoacizii constituenti.Degradarea proteinelor este realizata de enzime proteolitice sau proteaze care sunt secretate in forma inactiva numite si proenzime sau zimogeni. Zimogenii sunt activati la locul actiunii (de exemplu stomac sau intestin) sub influenta unor factori locali sau autocatalitic. Enzimele proteolitice digestive rup legatura peptidica cu ajutorul apei motiv pentru care degradarea proteinelor provenite din alimentatie poarta denumirea si de hidroliza proteinelor.Aceasta clasa de enzime poate hidroliza legaturi peptidice situate in interiorul lantului polipeptidic caz in care se numesc endopeptidaze, sau legaturi peptidice situate la extremitatile lantului polipeptidic caz in care ele se numesc exopeptidaze (carboxipeptidaze, aminopeptidaze) (fig 1).

[Color Atlas]Fig 1

Digestia proteinelor incepe in stomac sub actiunea sucului si a enzimelor gastrice si este finalizata in intestin sub actiunea enzimelor pancreatice si intestinale.Degradarea proteinelor provenite din alimentatie este realizata de catre trei tipuri de enzime proteolitice:

a. enzime gastrice: pepsinab. enzime pancreatice: in principal tripsina, chimotripsina c. enzime intestinale: aminopeptidaze

a. La nivel gastric asupra proteinelor ingerate actioneaza HCl si pepsina. HCl indeplineste doua roluri: rol antiseptic de distrugere a bacteriilor si microorganismelor si rol

in denaturarea proteinelor, denaturare in urma careia acestea sunt despachetate devenind usor accesibile enzimelor proteolitice.

Pepsina, principala enzima proteolitica, este sintetizata in forma inactiva de pepsinogen de catre celulele seroase. Pepsinogenul este activat la pepsina sub actiunea HCl. In urma actiunii HCl conformatia pepsinogenului este alterata astfel incat acesta se poate autocliva formand pepsina activa. Acest tip de activare se numeste autocatalitic. In urma actiunii pepsinei asupra proteinelor rezulta un amestec format din polipeptide si aminoacizi. Acest amestec are rolul de a stimula secretia colecistokininei (hormon peptidic secretat de epiteliul intestinului subtire, eliberat in duoden cu rolul de declansa secretia bilei si a enzimelor pancreatice din vezicula biliara respectiv din pancreas) in intestin si de initia faza pancreatica a digestiei.

b. Patrunderea bolului alimentar in intestin declanseaza secretia exocrina a pancreasului. Acesta secreta bicarbonatul (cu rol in neutralizare sucului gastricI si enzimele digestive (amilaza, lipaza si enzimele proteolitice). Enzimele proteolitice sunt: tripsinogenului,chimotripsinogenul, proelastaza si carboxipeptidazele A si B. Acestea sunt secretate in forma inactiva, (din punct de vedere al actiunii enzimatice) ajung in intestin unde sub actiunea stimulilor locali (enteropeptidaze sau enterokinaze secretate de celulele intestinale) se activeaza la tripsina, chimotripsina, elastaza si carboxipeptidaza. Tripsina formata actioneaza atat asupra altor molecule de tripsinogen generand noi molecule de tripsina activa cat si asupra chimotripsinogenului si altor zimogeni pancreatici (proelastaza, procarboxipeptidaze). Tripsina, chimotripsina si elastaza sunt endopeptidaze in timp ce carboxipeptidazele sunt exopeptidaze. In urma actiunii tuturor acestor enzime asupra amestecului de polipeptidelor rezultat la nivel gastric, acestea din urma sunt degradate rezultand un amestec de oligopeptide (peptide cu numar mic de aminoacizi) si aminoacizi.

c. Digestia proteinelor este finalizata in intestin. Acesta secreta la randul lui o serie de enzime proteolitice printre care se numara in principal aminopeptidazele. Aminopeptidazele scindeaza succesiv aminoacizii de la capatul aminoterminal. In urma actiunii lor rezulta aminoacizi individuali si oligopeptide cu numar mic de aminoacizi (2-4 aminoacizi) care pot fi transportati in celulele si astfel absorbiti la nivel intestinal. In enterocit oligopeptidele sunt degradate la aminoacizii componenti in prezenta unor di/tripeptidaze.

Transportul aminoacizilor in celuleTransportul aminoacizilor in interiorul celulelor este realizat: fie in mod activ cu consum de energie fie pasiv fara consum de energie in directia gradientului de concentratie, numit si transport facilitat (fig 2) in prezena unor transportori specifici.

Absorbtia L-aminoacizilor in interiorul celulelor prin transport activ este realizata prin doua mecanisme distincte care actioneaza in celule diferite:

a. prin transportori specifici simport cu Na+ (in intestin, tubii renali, muschi si alte tipuri de tesuturi)

b. prin ciclul -glutamil (in principal in ficat si rinichi )

a. Transportul aminoacizilor prin transportori specifici (Na-dependenti) la nivelul intestinului are ca scop absorbtia aminoacizilor rezultati in urma degradarii proteinelor ingerate. Acesti transportori (au fost identificate cel putin 5 sisteme de transport transmembranar cu specificitate multipla, pentru mai multi amino-acizi simultan) ce prezinta doua situsuri diferite: unul pentru fixarea aminoacidului ce urmeaza a fi transportat si al doilea pentru Na+. Aminoacidul ce urmeaza a fi absorbit si ionul de Na+ sunt introdusi simultan in celula intestinala (simport). Odata ajunsi in enterocit, aminoacidul este apoi transporat in capilarul sanguin (pentru a trece in circulatia porta) printr-un alt transportor specific prin difuzie facilitata fara consum de energie, iar Na+ este expulzat din celula prin pompa Na+/K+ (fig 2). Desen Mark’s Essentials of Medical Biochemistry A clinical Approach p. 466]

Fig 2[ Marks]b. Transportul aminoacizlor prin intermediul ciclului -glutamil are ca scop asigurarea nevoilor celulare. Acest transport utilizeaza un mecanism diferit, care implica deasemenea consum de energie si asigura translocarea aminoacizilor in anumite celule. Ciclul -glutamil utilizeaza 6 enzime, una membranara celelalte situate in citozol (fig.3). Acest mecanism este activ la nivelul ficatului si rinichiului si mai putin la nivelul intestinului si in celelate tesuturi. Transportul activ al aminoacizilor de o parte si de alta a membranei celulare necesita prezenta a urmatoarelor elemente: enzima -glutamil transferaza(-GT), glutationul (GSH) si energie sub forma a 3 molecule de ATP pentru fiecare aminoacid transportat. Determinarea activitatii -G are semnificatie clinica pentru enzima ce provine in special din sistemul hepatobiliar. Cresterea activitatii -GT se intilneste in obstructia cailor biliare si boli hepatice de etiologie alcoolica.Desen [Bhagavan p. 333].

Fig 3 [Bagavan]

3. Sinteza aminoacizilorStructura generala a unui aminoacid este prezentata in fig. 4; acesta contine o grupare carboxil, o grupare amino iar ceea ce ramane dupa indepartarea gruparii amino poarta denumirea de schelet al atomilor de carbon sau simplu schelet de carbon.

Fig 4Din cei 20 aminoacizi ce intra in alcatuirea proteinelor, organismul uman poate sintetiza doar 11 (asa numitii aminoacizi neesentiali) restul de 9 sunt considerati esentiali.Aminoacizii esentiali sunt acei aminoacizi care nu pot fi sintetizati in organism sau sunt sintetizati in cantitate insuficienta in anumite perioade ale dezvoltatii acestuia cum este arginina (Arg). Ei trebuie adusi prin aport alimentar sau prin administrarea -ceto acizilor corespunzatori devine posibila sinteza aminoacizilor esentiali in organism prin reactia de transaminare. Reactia de transaminare, prin care gruparea NH2 este transferata pe un -ceto acid este o reactie deosebit de importanta deoarece datorita caracterului ei reversibil ea functioneaza atat in procesele anabolice cat si in cele catabolice.

Aminoacizii esentiali pot fi usor retinuti daca se face asociere cu urmatorul acronim ”PVT TIM HALL” (fig 5) .

Fig 5[Pamela pg 246]

Aminoacizii neesentiali sunt acei aminoacizi care pot fi sintetizati in organism. Structura prezentata in fig 4 indica faptul ca in organism aminoacizii pot fi sintetizati prin:- sintetiza scheletului atomilor de carbon. Aceasta are loc prin parcurgerea in sens invers a reactiilor ce au loc la degradarea aminoacizilor, majoritatea reactiilor degradative fiind reversibile, urmata de- introducerea gruparii NH2 fie prin transmaninare fie prin parcurgerea in sens invers a reactiei de dezaminare catalizata de glutamat dehidrogenaza (GlDH). GlDH este o enzima cheie in metabolismul gruparii NH2, reactia catalizata de aceasta fiind reversibila si decurgand in directia sintezei sau degradarii functie de concentratia reactantilor si balanta azotata a organismului la un moment dat (vezi dezaminarea oxidativa pg...).

4. Degradarea aminoacizilorSpre deosebire de glucide si lipide, protinele nu pot fi depozitate, motiv pentru care excesul lor este catabolizat. In urma degradarii proteinelor, respectiv a aminoacizilor rezultati, se formeaza un produs toxic numit amoniac (NH3) si o serie de compusi ce pot furniza energie in urma metabolizarii lor la CO2 si H2O. Amoniacul este detoxifiat, la nivel hepatic, prin transformare in uree compus netoxic.Degradarea aminoacizilor are loc in toate tesuturile inclusiv cel hepatic cu exceptia aminoacizilor cu catena ramificata (Val, Leu, Ile) care sunt degradati doar in tesuturile extrahepatice. Aminoacizii sunt degradati prin mecanisme comune tuturor celor 20 aminoacizi (acestia avand ca trasatura comuna prezenta gruparilor COOH si NH2) dar si prin mecanisme specifice fiecaruia dintre ei. Degradarea lor nu are ca scop simpla eliminare ci si obtinerea de produsi cu functie biologica sau generarea de energie in mod indirect prin sinteza de glucoza sau corpi cetonici.Degradarea aminoacizilor urmeza:

a. cai comune de degradare – de indepartare a gruparii COOH proces numit decarboxilare - de indepartare a gruparii NH2 proces numit dezaminareb. cai particulare de degradare – degradarea scheletului atomilor de carbon (fig 6)

Fig 64.1.1. DecarboxilareaDecarboxilarea reprezinta indepartarea gruparii -COOH sub actiunea unor enzime specifice numite decarboxilaze care utilizeaza drept coenzima vitamina B6 (piridoxal-fosfatul sau PLP). In urma decarboxilarii din aminoacizi rezulta compusi numiti amine biogene care indeplinesc rol biologic in organism. Reactiile de decarboxilare sunt cvasi ireversibile si apar in etapele finale de sinteza a compusilor aminici (fig7) [Metzler]Astfel:

Fig 74.1.2. Indepartarea gruparii amino Indepartarea gruparii -amino constituie primul pas in degradarea aminoacizilor. Gruparea -NH2 din aminoacizi este degradata la un produs final numit amoniac, compus cu toxicitate mare. La nivel hepatic acesta este transformat in uree care este un compus lipsit de toxicitate si usor de eliminat pe cale renala (fig 8) .

Fig 8Indepartarea gruparii amino este un proces complex desfasurat in mai multe etape care implica participarea diferita a tesuturilor extrahepatice si a ficatului si poate fi realizata prin mai multe mecanisme in mod oxidativ sau neoxidativ. Mecanismul principal de indepartare a gruparii amino il reprezinta trans-dezaminarea sau dezaminarea oxidativa, care se desfasoara astfel:

- in prima etapa are loc un procesul neoxidativ -- transaminarea - in cea de a doua etapa are loc un proces oxidativ -----dezaminarea oxidativa

Transaminarea reprezinta transferul gruparii NH2 de la un aminoacid la un alfa cetoacid intr-o reactie reversibila ce se desfasoara in prezenta unor enzime numite transaminaze ce au drept coenzima vitamina B6 sub forma de piridoxal fosfat (PLP). Scopul transaminarii este colectarea tuturor gruparilor NH 2 pe un colector comun care este acidul -cetoglutaric (-KGlu), cu formarea de acid glutamic. Reactia de transaminare are loc atat in tesuturile extrahepatice cat si in ficat si este catalizata de transaminaze specifice fiecarui aminoacid conform relatiei generale (fig 9):

Fig 9

La nivel hepatic insa o importanta deosebita o au doua reactii: una catalizata de alanin aminotransferaza (ALAT) sau GPT si celalta catalizata de aspartat aminotransferaza (ASAT ) sau GOT.Rolul important al ALAT la nivel hepatic este determinat de faptul ca o cantitate mare de alanina ajunge aici provenind de la muschi. Prin urmare reactia catalizat de ALT are o pondere considerabila la ficat. De altfel Ala si Gln sunt principalii transportori de azot (NH2) prezenti in cantitatea cea mare in sange.

Reactia catalizata de ASAT reprezinta exceptia de la regula colectorului comun in sensul ca acidul glutamic este cel care cedeaza gruparea amino acidului oxal acetic care se va transforma in acid aspartic. Reactia ce duce la formarea acidului aspartic, desi reversibila, in procesul de degradare al aminoacizilor decurge in directia formarii acidului aspartic deoarece acesta va deveni donor al gruparii amino in procesul de ureogeneza (fig 10).

Fig 10

Dezaminare oxidativaDezaminarea reprezinta procesul de indepartare a gruparii -amino sub forma de amoniac (NH3). Acest proces este unul oxidativ deoarece indepartarea gruparii amino este insotita de un proces de oxidare la care participa coenzimele NAD/NADP (cazul general) sau FMN/FAD (caz particular).Reactia de dezaminare oxidativa are loc in ficat, muschi, rinichi, SNC si este catalizata de enzima numita Glutamat Dehidrogenaza (GlDH) (Fig 11).

Fig 11

In figura 9 este evidentiat rolul de colector general al acidului -cetoglutaric cu formarea acidului glutamic. Acesta din urma este singurul aminoacid care sufera o dezaminare oxidativa rapida si eficienta.Glutamat dehidrogenaza este o dehidrogenaza deosebita deoarece ea foloseste drept coenzima atat NAD cat si NADP. Reactia catalizata de GlDH este reversibila sensul acesteia fiind dictat de concentratia substratelor: Glu, (-KGlu) si raportul NAD/NADP. In procesele de catabolice va predomina formarea de NH3 iar in cele anabolice acidul glutamic care serveste ca precursor in diverse sinteze. Caracterul reversibil face ca acidul -cetoglutaric si NH3 sa poata fi utilizati in sinteza de aminoacizi. Acest lucru e valabil atunci cand concentratia NH 3 este mare, situatie intalnita doar la nivel hepatic in zona periportala unde functioneaza asa-numitul “ciclu intracelular al glutaminei” (vezi metabolismul NH3). Glutamat Dehidrogenaza (GlDH) este modulata alosteric de NAD(P)/ADP care functioneaza ca activatori ai enzimei si de NADPH/ATP care functioneaza ca inhibitori.In concluzie actiunea transaminazelor (prin care se colecteaza gruparea amino de la majoritatea aminoacizilor pe acidul -cetoglutaric) de generare a acidului glutamic urmata de dezaminarea oxidativa a acestuia, reprezinta calea prin care gruparea -NH2 apartinand majoritatii aminoacizilor este indepartata sub forma de NH3.

4.1.3.Matabolismul amoniacului (NH3)Amoniacul este un compus toxic care se formeaza in toate tesuturile si organele. El provine din urmatoarele procese:

a. degradarea aminoacizilorb. degradarea nucleotidelorc. actiunea bacteriilor intestinale si a ureazei

a. Majoritatea aminoacizilor sufera procesul de trans-dezaminare ca principala cale de indepartare a gruparii alfa amino sub forma de amoniac. Unii aminoacizi insa pot elimina NH3 in afara acestui proces, astfel:- histidina poate fi dezaminata direct eliminand NH4 si urocanat printr-o reactie catalizata de o liaza [Popescu p 498]- serina si treonina pot elimina NH4 printr-o reactie de dehidratare, in prezenta unei dehidrataze comune, serin dehidrataza, ce are drept coenzima B6, reactie in urma careia rezulta piruvat respectiv alfa ceto butirat (pg.....).- asparagina si glutamina contin gruparea NH2 la catena laterala care poate elimina NH3 in urma unei reactii de hidroliza rezultand acidul aspartic respectiv acidul glutamic( pg....)b. In muschi si in creier dar nu si in ficat in ciclul nucleotidelor are loc eliminare de amoniac [ Mark’s essentials p 473].

c. Prin actiunea bacteriilor intestinale asupra resturilor de proteine precum si a ureazei asupra ureei prezente in secretiile intestinale rezulta deasemenea cantitati semnificative de amoniac.Astfel degradarea proteinelor si a aminoacizilor se desfasoara in toate tesuturile si prin urmare NH3 se formeaza in cantitati mari in ficat, creier, muschi, rinichi, intestin (fig .12).

Fig 12 [Marks]

NH3 este detoxifiat in urma procesului de ureogeneza, proces ce se desfasoara la ficat, de aceea este necesar un mecanism de transport al acestuia de la tesuturile in care se formeaza la ficat.Deoarece chiar cresteri usoare ale amoniacului sunt toxice (in special pentru SNC) surplusul de amoniac de la majoritatea tesuturilor este convertit la glutamina (Gln) forma sub care acesta este transportat la ficat. Glutamina se formeaza in urma unei reactii ireversibile catalizata de glutamin sintetaza. Glutamina este forma de transport, netoxica, a amoniacului. Acidul glutamic este aminoacidul prezent in concentratia cea mai ridicata in sange, tocmai pentru a capta NH3 si a impiedica cresterea plasmatica a acestuia (fig 13)

Fig 13

Glutamina (Gln) astfel formata la nivelul diferitelor tesuturi este eliberata in singe si transportata la: - ficat, unde NH3 eliberat de pe glutamina este transformat in uree, forma netoxica si usor excretabila - rinichi, unde NH3 este eliberat de pe glutamina si trimis in lumenul tubular unde impreuna cu H+ este transformat in ionul de amoniu (NH4

+) eliminat in urina. Formarea ionului NH4+ contribuie la mentinerea

echilibrului acido-bazic prin conservarea cationilor (Na+).

Descarcarea NH3 de pe glutamina se face in prezenta unei enzime numita glutaminaza, printr-o reactie ireversibila la care participa H2O (fig 14).

Fig 14

Ficatul se comporta intr-un mod particular in sensul ca el degradeaza glutamina la NH3 si acid glutamic si in acelasi timp sintetizeaza glutamina din NH3 si acid glutamic.Cele doua enzime responsabile de cele doua procese sunt localizate in segmente diferite astfel:- regiunea periportala (care este in contact cu sangele ce vine de la sistemul gastro-intestinal, muschii scheletici) contine glutaminaza si enzimele ciclului ureei. Glutaminaza va elibera NH3 si glutamat care vor alimenta ciclul ureei ducand la detoxifierea NH3.- regiunea perivenoasa (care este in contact cu sangele ce pleaca spre tesuturile extrahepatice inclusiv rinichi) contine glutamin sintetaza. Aceasta localizare face ca NH3 care a scapat incorporarii in uree sa fie captat sub forma de glutamina forma netoxica adecvata pentru transport. Aceasta pozitionare a celor doua enzime permite controlarea fluxului de amoniac si dirijarea lui spre uree sau spre glutamina (Gln) pentru excretia renala (fig 15) [Devlin].

Fig 15

4.1.4. Sinteza de uree (ureogeneza)Ureea reprezinta forma de eliminare a azotului proteic; ea se formeaza exclusiv la nivel hepatic. Ureea este o molecula mica, solubila, usor excretabila la nivel renal, care are urmatoarea structura (fig 16):

Fig 16

Atomii care alcatuiesc molecula de uree provin de la CO2 prezent in mitocondrie, amoniac (NH3) si acid aspartic (Asp) fig 16.Sinteza ureei este realizata printr-o succesiune de reactii dintre care unele au loc in mitocondrie (1,2) altele in citoplasm (3,4,5) (fig 17).

Fig 17

Carbamoil fosfat sintetaza (CPS I) responsabila de formarea carbamoil fosfatului exista in doua forme:

o forma localizata in mitocondrie care actioneaza in ciclul ureei. Enzima este activata alosteric de un compus numit N-acetilglutamina

o a doua forma, localizata in citozol (CPS II), care actioneaza in calea de sinteza a bazelor pirimidinice

In reactia catalizata de CPS I se consuma 2 ATP: unul pentru activarea bicarbonatului (HCO 3-) forma sub

care se gaseste CO2 in celula respectiv in mitocondrie si al doilea pentru fixarea NH3 (fig 18):

Fig 18

Ornitil carbamoil transferaza (OCT) este enzima care catalizeaza formarea citrulinei. Aceasta enzima se gaseste doar in mitocondria hepatica fapt care restrictioneaza formarea ureei doar la acest organ. Cresterea concentratiei sanguine a OCT este un indiciu fidel al afectarii hepatice. Citrulina formata in aceasta reactie este transportata din mitocondrie in citozol unde sunt prezente celelalte enzime ale procesului ureogenetic. Iesirea citrulinei din mitocondrie se desfasoara simultan cu intrarea ornitinei din citozol prin intermediul unui transportor care realizeaza inter-schimbul intre cei doi compusi [Marks].

Reactia catalizata de arginino-succinat sintetaza formeaza o legatura chimica C – N intre citrulina si aspartat pe seama scindarii ATP la AMP si PPa (echivalentul energetic al consumului a doua molecule de ATP). In aceasta reactie este introdusa cea de a doua grupare NH2 prin intermediul acidului aspartic, Asp (care a preluat grupare NH2 de la acidul glutamic printr-o reactie de transaminare, vezi fig 10)

Arginin liaza este o enzima stereospecifica care catalizeaza formarea acidului fumaric (izomer trans) nu si a izomerul acestuia acidul maleic (izomerul cis). Fumaratul este apoi transformat in malat care este utilizat fie in gluconeogeneza fie regenereaza oxalacetatul. Acesta din urma poate suferi reactia de transaminare (fig 10) preluand o noua grupare NH2 si regenarand aspartatul. Astfel fumaratul poate fi reciclat la aspartat alimentand continuu ciclul ureei.

Arginaza este o enzima prezenta doar la nivel hepatic. Arginina este sintetizata si in alte tesuturi dar numai ficatul o poate hidroliza motiv pentru care ureea se formeaza doar in acest organ. In rinichi arginaza lipseste de aceea rinichiul nu poate sintetiza ureea. In urma hidrolizei a gruparii guanidinice se formeaza ureea si ornitina; aceasta din urma este transportata in mitocondrie unde va initia un nou ciclu de sinteza a ureei[Marks].

Bilantul energeticFormarea ureei este un proces ce consuma 4 molecule de ATP astfel:

- 2 molecule de ATP sunt consumate in procesal de formare a carbamoil fosfatului (reactia 1)- 2 molecule de ATP (echivalentul energetic a doua molecule de ATP) in reactia de formare a

arginini succinatului (reactia 3)Acest consum considerabil este justificat de toxicitatea mare a amoniacului . Ureea odata formata este rapid indepartata pentru ea neexistand un prag renal de eliminare.

Reglarea ureogenezeiProcesul de formare a ureei este supus unui reglari care favorizeaza formarea si apoi eliminarea ei. Astfel procesul este reglat prin:

- activare alosterica de tip feed-forward de catre disponibilitatea substratelor. Cu cat se formeaza mai mult amoniac cu atat este favorizeaza formarea produsului final ureea. Aceasta din urma indiferent de cantitatea formata, nu se acumuleaza si nu exercita un reglaj de tip feed-back (caracteristic produsilor finali de metabolism), ea fiind eliminata pe masura ce se formeaza.

- activare de tip “feed-back”mecanism mai rar intalnit. Acumularea arginiei (produs premergator ureei) activeaza sinteza N acetil glutamatului (NAG) care la randul lui este activatorul enzimei carbamoil fosfat sinteteza (CPS I), enzima ce initiaza procesul (reactia 1).

- inductie enzimatica a enzimelor ce opereaza in ciclul ureei ca raspuns la accelerarea metabolizarii proteinelor. Acest fenomen apare atat in consumul sporit de proteine cat si in inanitie prelungita cand rezervele glucidice si lipidice au foste epuizate. In ambele situatii generarea de amoniac sporeste si necesitatea procesarii si transformarii lui in uree creste. Din acest motiv inductia enzimelor ciclului ureogentic este activata chiar in conditiile in care cantitatea enzimelor ciclului este in exces [Marks].

Deficitele enzimatice ale enzimelor implicate in ciclul ureei.Ciclul ureei este principalul mecanism de indepartare a amoniacului, compus toxic pentru organism.Deficitul enzimatic ale enzimelor implicate in ciclul ureei duce la scaderea capacitatii ficatului de a transforma NH3 in uree avand ca urmare cresterea nivelelor de NH3, cunoscuta sub denumirea de hiperamonemie. Hiperamonemia prezinta urmatoarele simptome: instalarea vederii incetosate, dificultati de vorbire, retardare mintala, coma, moarte.

Exita doua tipuri de hiperamonemii:- hiperamonemia dobandita: in cirozele hepatice cauzate de consumul indelungat de alcool sau in

hepatitele obstructive cand se dezvolta o circulatie colaterala. Sangle nu mai are acces la celulele hepatice ramase viabile si astfel este impiedicata detoxifierea amoniacului.

- hiperamonemia mostenita: ce apare ca urmare a deficitului enzimatic ale enzimelor din ciclul ureei. Formele severe de deficit enzimatic nu sunt compatibile cu viata in timp ce formele usoare duc la retardare mintala datorita efectului toxic al NH3 asupra SNC.

La nivelul SNC amoniacul este toxic deoarece consuma -cetoglutaratul (-KGlu), pe care il sechestreaza sub forma glutamatului. Cum -cetoglutaratul este substrat in ciclului Krebs consumarea acestuia urmata de imposibilitatea regenerarii lui (prin indepartarea gruparii NH2 din glutamat) va diminua sinteza de ATP (fig 19).

(fig 19).