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영양식물영양질소대사

질소배출 Urea cycle

질소, Nitrogen source
- 질소 N2 gas, 아질산 NO2, 산화질소 NO,아산화질소 (N2O)
- 질소(단백질) 대사
- 질소배출
- 생물의 질소고정
- 식물의 질소고정 : 글루탐산 + 암모니아 --> 글루타민

질소 배출 urea cycle
- 요산 : 통풍과 결석
- 배설 : 소변,  요산

 

동물의 몸에서는 아미노산 등 질소화합물이 분해되어 항상 소량의 암모니아가 만들어진다. 과도한 암모니아는 독성이 있기 때문에 체외로 배출해야 한다. 동물은 식품으로 섭취한 질소를 암모니아의 형태로 배출한다. 질소(암모니아)의 배출의 행태에는 3가지가 있다. 물속에 사는 어류는 체내에서 생긴 암모니아를 그대로 배출하고 암모니아는 기체 중에서는 물에 엄청나게 잘 녹는 편이다. 물에서 살지 않는 조류나 곤충 등은 독성이 약한 요산의 형태로 전환하여 배출한다. 마찬가지로 물을 떠나 육상에 사는 동물은 암모니아를 독성이 약한 요소(urea)로 전환시켜 땀이나 오줌으로 배출한다. 아르기닌은 다른 아미노산에 비해 질소를 추가적으로 세 개나 더 가지고 있으며, 아르기닌의 끝부분을 분해하면 바로 요소가 만들어진다. 이 아르기닌은 글루탐산으로부터 만들어진 것이다. 그리고 소변을 통한 암모니아의 배출에 관여하는 효소는 N-아세틸글루타메이트N-acetylglutamate라는 물질에 의해 조절되는데, 이 물질도 글루탐산에 아세틸코엔자임A가 결합해서 만들어진다. 이렇게 육상의 동물들은 글루탐산을 이용해 체내 질소의 균형을 유지한다. 결국 글루탐산이 몸 안에서 질소 이용의 시작부터 마무리까지 책임지는 것이다.
한편 요소는 분자((NH2)2CO) 한 개에 암모니아(NH3) 2분자가 포함되어 있어 암모니아(질소)의 저장에도 효과적이다. 홍어, 가오리, 상어와 같이 심해에 사는 연골어류는 물속에 살지만 암모니아를 바로 배출하지 않고 요소로 전환하여 비축한다. 요소 를 바닷물의 염도에 대응해 체내 삼투압을 유지하는 수단으로 쓰기 때문이다. 홍어를 삭힐 때 나는 그 강력한 냄새는, 바로 체내에 비축했던 요소가 분해되면서 만들어진 암모니아에 의한 것이다.




질소 함유 유기 화합물이 분해되어 생긴 CHO는 이산화 탄소(CO2)와 물(H2O) 등이 되고, N(질소)는 암모니아(NH3)로 전환된다.
생물체에 있는 질소함유 유기 화합물 가운데 아미노산, ·단백질, ·핵산, ·인지질 등은 양이 많고 모든 생물에 공통적으로 존재한다. 동물은 무기 질소로부터 이러한 유기 화합물을 합성하는 능력이 없기 때문에 식물이 합성해 놓은 유기물을 섭취함으로써 체내에서 자신에게 필요한 여러 유기물로 전환시킨다.
식물은 주로 토양의 무기 질소 화합물을 뿌리로 흡수한 다음 체내에서 필요한 여러 가지 유기물로 합성한다. 식물이 흡수하는 무기 질소는 주로 암모늄염(NH4+), 질산염(NO3-) 등이다. 이것을 체내에 흡수하여 각종 아미노산 등 유기 화합물을 합성한다.
질소대사는 위와 같이 질소를 함유한 각종 유기 화합물이 합성 ·분해되는 모든 화학 변화 과정을 총칭한다. 생물체를 구성하는 모든 유기 화합물은 끊임 없이 분해되고 끊임 없이 새로 합성된 유기 화합물이 그 자리를 채운다. 신체를 구성하고 있는 모든 유기 화합물은 흐르는 물처럼 항상 새로운 물질로 교체된다.
질소를 함유한 유기 화합물도 마찬가지다. 단백질이나 핵산 등도 항상 분해되고 또 새롭게 합성된다. 질소 함유 유기 화합물의 분해에서 생긴 탄소 ·수소 ·산소 등은 이산화탄소(CO2), 물(H2O)이 되고, 질소는 암모니아(NH3)로 전환된다.
이산화탄소와 물은 그대로 체외로 배출되지만, 암모니아는 생물의 종류에 따라 여러 가지 물질로 전환된 다음 얼마 동안 체내에 축적되어 있다가 배출된다. 식물은 체내에서 생성된 암모니아를 다시 질소 유기 화합물 합성에 이용하기 때문에 사실상 질소의 배출은 없다.
그러나 동물은 유기 화합물 합성능력이 없으므로 질소 유기화합물의 분해에서 생긴 암모니아를 체외로 배출해야 한다. 암모니아는 독성이 매우 강하기 때문에 체내에 장시간 저장할 수가 없다. 물속에 사는 무척추동물이나 어류는 체내에서 생긴 암모니아를 그대로 주위의 물속에 확산시켜 배출함으로써 쉽게 제거할 수 있다. 암모니아는 물에 잘 녹는다.
그러나 육상동물은 물을 떠나 생활하여 암모니아를 독성이 약한 요소 CO(NH2)2로 전환시켜 오줌으로 배출한다. 사람을 비롯한 포유류가 이런 방법을 사용한다. 요소의 독성은 암모니아보다 약하고, 또 요소 1분자는 암모니아 2분자에 해당하므로 질소 배설물의 저장 방법으로 매우 효과적이다. 요소는 비교적 독성이 약할 뿐 전혀 없는 것은 아니다. 따라서 동물은 이것을 체내에 저장할 때 물에 녹여 희석한 상태로 저장한다. 이것이 오줌이다.
조류(鳥類)나 사막 또는 고산지대에 살고 있는 파충류(뱀 종류)는 요소를 오줌의 형태로 체내에 저장하는 부적합하다. 왜냐하면, 오줌의 형태로 다량의 물을 체내에 지니고 있는 것은 나는 데도 불편하고, 또 사막이나 고산에서는 물이 흔하지 않기 때문이다. 그래서 이런 동물은 질소를 요산(尿酸) C5H4O3N4의 형태로 만들어 저장해 두었다가 배출한다


유레아 싸이클(Urea cycle)
생리적 pH에서 암모늄 이온은 1%정도이며 유리 암모니아(free ammonia)와 평형을 이룬다. 암모늄염(ammonium salts)는 독성이 있어 혈중 농도가 0.25mM이상이 되면 구토, 경련 발작, 혼수, 심하면 죽을 수도 있지만 그 원인을 확실하지 않다. 그러나 암모늄이온이 칼륨 이온과 유사한 경과를 취할 수도 있다, 과량의 글루타메이트와 글루타민을 생성하여 신경 조직에 흥분 효과를 나타낸다.
수중 생물은 아가미를 통해 free ammnonia를 배설한다. 그러나 지상 생물은 독성이 덜한 최종 질소 산물을 생산한다. Urea는 인체에서 이용되기도 한다. 출생 시부터 urea 싸이클 유전자를 발현시킨다. Urea는 용해성이 높지만 신장을 통해 제거될 때에는 상당량의 물을 요구한다. 따라서 하루에 최적 수분 섭취량이 필요하다.
Urea가 유일한 해결책은 아니다. 거미는 guanine을 분비한다. Guanine은 5개 이하의 잉여 질소 원자를 하나의 작은 분자에 채워 놓은 물질이다. 그러나 파충류나 조류는 주로 요산으로 배설한다.
Uric acid는 극도의 불용성을 보이는 퓨린 화합물이다. Urea는 urea cycle을 통해 합성되고. 이 경로는 포유류 간에 국한된다. Urea 사이클의 효소는 다른 조직에도 존재하여 arginine생합성에 기여하지만 유레아 싸이클이 완전하게 작동되지는 않는다.
간 이외의 조직에서 생긴 잉여 질소는 여러 경로를 통해 간으로 보낸다. 주로 알라닌, 글루타민 형태로 간으로 보낸다.
NOS에 의해 arginine 분할로 citrulline을 생성하는데 이것은 urea cycle 중간 산물이다.  Citrulline은 다지 arginine으로 재생된다. NO 신호 전달계를 사용하는 조직에서는 urea cycle 효소가 세포의 arginine 공급을 유지할 만큼 충분한 활성을 보인다. urea cycle은 세포질에서 일어나고 부분적으로 미토콘드리아에서도 일어난다.

 

A precursor of N-acetylglutamate
- 질소 배출 urea cycle
an essential allosteric activator of carbamyl phosphate synthetase I, a key regulatory enzyme in the urea cycle, ensuring that the rate of urea synthesis is in accord with rates of amino acid deamination (Brosnan 2000);
 


 


페이스북       방명록      수정 2021-07-02 / 등록 2010-11-23 / 조회 : 14158 (435)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언