Močovinový cyklus

Nadbytečný dusík organismy vylučují třemi způsoby[1] - ve formě:

• amoniaku (čpavku) – vodní živočichové – amoniak, který je primárním dusíkatým produktem při odbourávání aminokyselin, je neurotoxický a pro jeho účinné vylučování je zapotřebí velké množství vody a relativně pomalého metabolismu.
• močoviny – savci – je minimálně toxická, pro její vylučování je zapotřebí relativně malého objemu vody (v porovnání s amoniakem)
• kyseliny močové – plazi, ptáci, hmyz – je ve vodě málo rozpustná, při jejím vylučování dochází k minimálním ztrátám vody. Kyselina močová je i finálním produktem degradace purinových nukleotidů u některých živočichů

• vylučované dusíkaté látky
• 
  amoniak (čpavek)
• 
  močovina (urea)
• 
  kyselina močová

Aminokyseliny získané ať už z potravy nebo degradací proteinů v buňce jsou buď znovu využity k syntéze proteinů, nebo odbourány za zisku energie. Prvním krokem pro jejich odbourání je deaminace – zbavení aminoskupiny. Aminoskupina je přeměněna v procesu transaminace na oxoskupinu (keto skupinu) a aminokyseliny jsou pak dále odbourávány příslušnými biochemickými dráhami.

Transaminací se nicméně amino skupina ve skutečnosti neodstraňuje, je pouze přenášena. K odstranění amino skupiny z molekuly pak slouží oxidační deaminace L-glutamátu (kyseliny glutamové), při které je aminoskupina oxidována na iminoskupinu, která poté spontánně hydrolyzuje za vzniku amoniaku a hydroxylové skupiny. Enzym, který tuto reakci katalyzuje se nazývá glutamátdehydrogenáza.

Amoniak vzniklý při oxidační deaminaci je vázán při močovinovém cyklu do močoviny, čímž se zabrání jeho toxickému působení. Fixace amoniaku je zahájena v mitochondriálním matrix. V cytoplazmě se pak ke vznikající močovině přidá dusík z aspartátu (kyseliny asparagové) a dojde k uvolnění močoviny a regeneraci vstupních látek (ornitinu)

• Místo amoniaku vzniklého oxidační deaminací glutamátu může sloužit jako zdroj dusíku pro syntézu karbamoylfosfátu také glutamin.

Mitochondrie

mitochondrie

• Amoniak je v mitochondriálním matrix fixován za spotřeby dvou molekul ATP do sloučeniny karbamoylfosfátu. Karbamoylfosfát pak je konjugován s ornitinem za vzniku citrulinu, který je pak přenesen pomocí specifického přenašeče do cytoplazmy.
• Amoniak ve vzniklém karbamoylfosfátu je zdrojem jednoho z dusíků ve vznikající močovině.

Vylučování nadbytečného dusíku musí být velmi přísně kontrolováno, protože i minimální nárůst koncentrace amoniaku je pro tělo velikou zátěží. Klíčovým bodem je aktivita enzymu karbamoylfosfát syntetázy, která je aktivována N-acetylglutamátem. N-acetylglutamát je syntetizován v jaterních mitochondriích z L-glutamátu a Acetyl-CoA. Nárůst koncentrace glutamátu (jako odpověď na zvýšenou degradaci aminokyselin) vede k nárůstu koncentrace N-acetylglutamátu. Tento regulační systém je ještě zesílen působením enzymu glutaminázy, který rozkládá L-glutamin na L-glutamát a amoniak, čímž způsobuje nárůst koncentrace glutamátu. Navíc tento enzym je aktivován svým vlastním produktem - amoniakem (příklad pozitivní zpětné vazby). Koncentrace glutaminu také kopíruje intenzitu rozkladu aminokyselin (glutamin je vedle glutamátu a aspartátu další aminokyselinou, která je schopná vyvazovat amoniak).[2]

Působením bakterií (resp. jejich enzymu ureázy), dochází k rozkladu močoviny na amoniak a oxid uhličitý. Uvolněný amoniak pak způsobuje charakteristický dráždivý zápach odstáté moči. Amoniak může být použit rostlinami i bakteriemi na výstavbu aminokyselin, nebo je oxidován bakteriemi na molekulární dusík (N₂) (popř. dusičnany) [3].