41.4: Vita vya Nitrojeni

Last updated
Save as PDF

Page ID: 175676

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Ujuzi wa Kuendeleza

Linganisha na kulinganisha njia ambayo wanyama wa majini na wanyama duniani wanaweza kuondoa amonia ya sumu kutoka kwa mifumo yao.
Linganisha byproduct kuu ya kimetaboliki amonia katika wanyama vertebrate na ile ya ndege, wadudu, na reptilia

Kati ya macromolecules kuu nne katika mifumo ya kibiolojia, protini zote na asidi za nucleic zina vyenye nitrojeni. Wakati wa catabolism, au kuvunjika, ya macromolecules zenye nitrojeni, kaboni, hidrojeni, na oksijeni hutolewa na kuhifadhiwa kwa namna ya wanga na mafuta. Nitrojeni ya ziada hutolewa kutoka kwa mwili. Taka za nitrojeni huwa na sumu ya amonia, ambayo huwafufua pH ya maji ya mwili. Kuundwa kwa amonia yenyewe inahitaji nishati kwa namna ya ATP na kiasi kikubwa cha maji ili kuondokana na mfumo wa kibiolojia. Wanyama wanaoishi katika mazingira ya majini huwa na kutolewa amonia ndani ya maji. Wanyama ambao hutoa amonia wanasemekana kuwa ammonotelic. Viumbe vya duniani vimebadilika mifumo mingine ya kuondoa taka za nitrojeni. Wanyama lazima detoxify amonia kwa kuigeuza kuwa aina kiasi nontoxic kama vile urea au uric acid. Mamalia, ikiwa ni pamoja na wanadamu, huzalisha urea, ambapo viumbehai na uti wa mgongo wengi duniani huzalisha asidi ya uric. Wanyama ambao hutoa urea kama nyenzo za msingi za taka za nitrojeni huitwa wanyama wa ureotelic.

Nitrojeni taka katika Wanyama duniani: Mzunguko wa Urea

Mzunguko wa urea ni utaratibu wa msingi ambao mamalia hubadilisha amonia kwa urea. Urea hufanywa katika ini na hutolewa katika mkojo. Matibabu ya jumla ya kemikali ambayo amonia inabadilishwa kuwa urea ni 2 NH ₃ (amonia) + CO ₂ + 3 ATP + H ₂ O → H ₂ N-CO-NH ₂ (urea) + 2 ADP + 4 P _i + AMP.

Mzunguko wa urea hutumia hatua tano za kati, zilizochochewa na enzymes tano tofauti, kubadili amonia kwa urea, kama inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Asidi ya amino L-ornithine inabadilishwa kuwa intermediates tofauti kabla ya kurejeshwa mwishoni mwa mzunguko wa urea. Kwa hiyo, mzunguko wa urea pia hujulikana kama mzunguko wa ornithine. Enzyme ornithine transcarbamylase huchochea hatua muhimu katika mzunguko wa urea na upungufu wake unaweza kusababisha mkusanyiko wa viwango vya sumu ya amonia katika mwili. Athari mbili za kwanza hutokea katika mitochondria na athari tatu za mwisho hutokea katika cytosol. Urea mkusanyiko katika damu, inayoitwa damu urea nitrojeni au BUN, hutumiwa kama kiashiria cha kazi ya figo.

Mzunguko wa urea huanza katika mitochondrion, ambapo bicarbonate (HCO3) inajumuishwa na amonia (NH3) ili kufanya phosphate ya carbamoyl. ATP mbili hutumiwa katika mchakato. Ornithine transcarbamylase anaongeza carbamoyl phosphate kwa asidi amino tano kaboni iitwayo ornithine kufanya L-citrulline. L-citrulline huacha mitochondrioni, na enzyme inayoitwa arginosuccinate synthetase inaongeza asidi amino ya kaboni nne inayoitwa L-aspartate ili kufanya arginosuccinate. Katika mchakato, ATP moja inabadilishwa kuwa AMP na PPI. Arginosuccinate lyase huondoa molekuli ya fumarate ya kaboni nne kutoka kwa arginosuccinate, na kutengeneza asidi ya amino sita ya kaboni L-arginine. Arginase-1 huondoa molekuli ya urea kutoka L-arginine, na kutengeneza ornithine katika mchakato. Urea ina kaboni moja mbili-bonded kwa oksijeni na moja-bonded kwa makundi mawili amonia. Ornithine inaingia mitochondrion, kukamilisha mzunguko. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mzunguko wa urea hubadilisha amonia kwa urea.

Uunganisho wa Mageuzi: Excretion ya taka ya Nitrojeni

Nadharia ya mageuzi inapendekeza kwamba maisha yalianza katika mazingira ya majini. Haishangazi kuona kwamba njia za biochemical kama mzunguko wa urea zilibadilika ili kukabiliana na mazingira ya kubadilisha wakati aina za maisha ya duniani zilibadilika. Hali mbaya pengine ilisababisha mageuzi ya njia ya asidi ya uric kama njia ya kuhifadhi maji.

Nitrojeni taka katika Ndege na Reptiles: Uric Acid

Ndege, viumbehai, na arthropodi nyingi duniani hubadilisha amonia yenye sumu kwa asidi ya mkojo au kiwanja cha karibu kinachohusiana na guanine (guano) badala ya urea. Mamalia pia huunda asidi ya uric wakati wa kuvunjika kwa asidi ya nucleic. Asidi ya uric ni kiwanja sawa na purines zilizopatikana katika asidi nucleic. Ni maji yasiyo na maji na huelekea kuunda panya nyeupe au poda; hupendezwa na ndege, wadudu, na viumbehai. Uongofu wa amonia kwa asidi ya mkojo inahitaji nishati zaidi na ni ngumu zaidi kuliko uongofu wa amonia kwa urea Kielelezo\(\PageIndex{2}\).

Sehemu A inaonyesha picha ya samaki maji safi na inasema kwamba uti wa mgongo wengi na aina ya majini excrete amonia. Muundo wa kemikali wa amonia ni NH3. Sehemu ya B inaonyesha picha ya panya ya kuni na inasema kuwa mamalia, amfibia wengi wazima, na baadhi ya spishi za baharini hutoa urea. Muundo wa kemikali wa urea unaonyeshwa. Urea ina vikundi viwili vya NH2 vinavyounganishwa na kaboni ya kati. Oksijeni pia huunganishwa mara mbili na kaboni hii kuu. Sehemu ya C inaonyesha picha ya njiwa na inasema kwamba wadudu, konokono za ardhi, ndege, na viumbehai wengi hutoa asidi ya uric. Muundo wa kemikali wa asidi ya uric huonyeshwa. Asidi ya uric ina pete ya kaboni ya sita iliyounganishwa na pete ya tano. Kila pete ina makundi mawili ya NH yaliyoingia ndani yake. Oksijeni inaunganishwa mara mbili kwa kila pete. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Taka ya nitrojeni hupunguzwa kwa aina tofauti na aina tofauti. Hizi ni pamoja na (a) amonia, (b) urea, na (c) asidi ya uric. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Eric Engbretson, USFWS; mikopo b: mabadiliko ya kazi na B. “Moose” Peterson, USFWS; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Dave Menke, USFWS)

Uunganisho wa kila siku: Gout

Mamalia hutumia fuwele za asidi ya uric kama antioxidant katika seli zao. Hata hivyo, sana uric acid huelekea kuunda mawe ya figo na pia kusababisha hali chungu aitwaye gout, ambapo fuwele uric acid kujilimbikiza katika viungo, kama mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Uchaguzi wa chakula ambao hupunguza kiasi cha besi za nitrojeni katika chakula husaidia kupunguza hatari ya gout. Kwa mfano, chai, kahawa, na chokoleti zina misombo ya purine-kama, inayoitwa xanthines, na inapaswa kuepukwa na watu wenye gout na mawe ya figo.

Picha inaonyesha toe ambayo ni kuvimba na nyekundu. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Gout husababisha kuvimba inayoonekana katika mkono wa kushoto wa toe wa mtu huyu. (mikopo: “Gonzosft” /Wikimedia Commons)

Muhtasari

Amonia ni taka zinazozalishwa na kimetaboliki ya misombo yenye nitrojeni kama protini na asidi nucleic. Wakati wanyama wa majini wanaweza kuingiza amonia kwa urahisi katika mazingira yao ya maji, wanyama duniani wamebadilisha utaratibu maalum ili kuondokana na amonia yenye sumu kutoka kwa mifumo yao. Urea ni byproduct kuu ya kimetaboliki amonia katika wanyama vertebrate. Asidi ya uric ni matokeo makubwa ya kimetaboliki ya amonia katika ndege, arthropods duniani, na viumbe vya viumbe.

faharasa

amonia: kiwanja alifanya ya atomi moja nitrojeni na atomi tatu hidrojeni

ammonotelic: inaelezea mnyama kwamba excretes amonia kama nyenzo ya msingi taka

antioxidant: wakala kwamba kuzuia uharibifu wa seli na aina tendaji oksijeni

damu urea nitrojeni (BUN): makadirio ya urea katika damu na kiashiria cha kazi ya figo

mzunguko wa urea: njia ambayo amonia inabadilishwa kuwa urea

ureotelic: inaeleza wanyama kwamba secrete urea kama msingi nitrojeni taka nyenzo

asidi ya mkojo: byproduct ya kimetaboliki amonia katika ndege, wadudu, na reptilia