Harnstoffzyklus
Der Harnstoffzyklus ist eine biochemische Kaskade bei Säugetieren, die stickstoffhaltige Abbauprodukte, vor allem Ammoniak, zu Harnstoff umwandelt, der dann über die Niere ausgeschieden wird. Bei Vögeln und an Land lebenden Echsen wird stattdessen Harnsäure produziert und ausgeschieden. Fische benötigen keine Umwandlung von Ammoniak, bei ihnen bietet die Haut mit direktem Kontakt zum Wasser den einfachen Weg der Diffusion.
Die Harnstoffbildung findet in den Leberzellen (Hepatozyten) und zu einem kleineren Teil in der Niere statt. Der Zyklus ist teilweise im Mitochondrium, teilweise im Cytosol lokalisiert, weshalb Transportproteine notwendig sind.
Kaskade im Mitochondrium
Teilreaktionen der CPS I (durch Carbamoylphosphat-Synthetase I katalysiert):
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Am Ende steht Carbamoyl-Phosphat, welches das Eintrittsprodukt in den eigentlichen Harnstoffzyklus im Cytosol ist. Da es aber keinen Carrier zum Transport von Carbamoyl-Phosphat aus dem Mitochondrium gibt, muss zunächst ein Umweg über Ornithin-Citrullin stattfinden.
Beides sind nicht-proteinogene alpha-L-Aminosäuren, sie unterscheiden sich genau durch den Carbamat-Rest und für sie existieren Carrier. Carbamoyl-Phosphat wird also unter Dephosphorylierung auf Ornithin überführt, wodurch Citrullin entsteht. Die Reaktion wird durch die Transcarbamoylase (Ornithin-Carbamoyl-Transferase) katalysiert.
Citrullin wird über die Citrullin-Translokase in das Cytosol gebracht.
Kaskade im Cytosol
Citrullin wird im Cytosol unter Anlagerung von Aspartat ATP-abhängig zu Argininosuccinat, katalysiert durch das Enzym Argininosuccinat-Synthetase.
Argininosuccinat reagiert unter Abspaltung von Fumarat zu Arginin. Enzym ist die Argininosuccinat-Lyase.
Im letzten Schritt katalysiert das Enzym Arginase die Reaktion von Arginin zu Ornithin. Bei diesem Schritt entsteht unter Verbrauch von H2O Isoharnstoff, welcher mit Harnstoff im Gleichgewicht steht.
