Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie Abitur
  3. 9 Strukturen und Reaktionen organischer Verbindungen
  4. 9.6 Chemie in Biosystemen
  5. 9.6.3 Heterotrophe Assimilation
  6. Harnstoffzyklus

Harnstoffzyklus

Eiweiße und Nucleinsäuren enthalten Stickstoff in Form von Aminogruppen ( NH 2 − ). Beim Abbau dieser Moleküle im Stoffwechsel entsteht giftiges Ammoniak NH 3 , das gelöst in Form von Ammoniumionen NH 4 + vorliegt. Durch die Bildung von Harnstoff unter Bindung von NH 4 + in den Leberzellen in zyklischen Reaktionen erfolgt ein Unschädlichmachen des Ammoniaks (Entgiftung) und ein Abführen aus dem Körper. Einer der dabei entstehenden Stoffe, Fumarat, stellt die Verbindung zum Citratzyklus her. Über Fumarat kann der Harnstoffzyklus auch zur Gluconeogenese sowie zur Bildung von Citrat und Oxalat dienen.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Beim Abbau von Proteinen, DNA und RNA entsteht aus den Aminogruppen ( -NH 2 ) dieser Verbindungen das für die Zelle sehr giftige Ammoniak ( NH 3 ). Als unvermeidliches Nebenprodukt des Stoffwechsels muss es deshalb schnellstens aus dem Körper entfernt werden.
Die Ausscheidung von Ammoniak erfolgt über Harnsäure oder Harnstoff. Den einfachsten Weg beschreiten die meisten Wassertiere einschließlich vieler Knochenfische. Sie geben das gebildete Ammoniak sofort über die Körperflüssigkeiten an das Wasser ab. Vögel, Insekten, viele Reptilien und Landschnecken bilden Harnsäure . Sie ist weniger giftig, kann länger im Körper gehalten werden und führt zur Einsparung von Wasser.
Säuger, Haie, die meisten Amphibien und manche Knochenfische bilden Harnstoff, der über die Nieren ausgeschieden wird.

Bild

HANS KREBS und sein damaliger Student K. HENSELEIT entdeckten den Bildungsprozess von Harnstoff im Harnstoffzyklus und veröffentlichten 1932 ihre Erkenntnisse, einige Jahre vor der Entdeckung des Citratzyklus.

Der Harnstoffzyklus (Ornithinzyklus) besteht aus 4 zyklischen Reaktionen, in deren Verlauf aus Ammoniak, Aminstickstoff von Aspartat und Kohlenstoffdioxid der ungiftige Harnstoff entsteht.
Fünf Enzyme sind an den Umsetzungen beteiligt. Die Reaktionen verlaufen unter Energieverbrauch und benötigen die Energie von 3 ATP-Molekülen je Zyklus.

  • Vereinfachte Darstellung des Harnstoffzyklus

Die Reaktionen finden in der Mitochondrien-Matrix und im Cytoplasma von Leberzellen statt. Dabei gelangt Ammoniak in Form von Ammonium-Ionen und Kohlenstoffdioxid über die Verbindung Carbamoylphosphat in den Zyklus. Außerdem wird NH 2 als Aspartat im Zyklus benötigt. Über die vier Zwischenverbindungen Citrullin, Argininosuccinat, Arginin und Ornithin wird NH 4 + und NH 2 − zu Harnstoff abgebaut.

Das Ammoniak und das CO 2 stammen aus dem Abbau von Aminosäuren. Unter physiologischen Bedingungen liegt Ammoniak als NH 4 + vor. Unter Bindung eines Phosphatrestes aus ATP reagieren NH 4 + und CO 2 zu Carbamoylphosphat. Ein zweites Molekül ATP liefert die Energie.
Unter Abspaltung von Phosphat wird die Carbamoylgruppe auf Ornithin übertragen, so dass Citrullin entsteht. Hier tritt Aspartat in den Kreislauf und reagiert mit Citrullin zu Argininosuccinat. Angetrieben wird die Reaktion durch Spaltung von ATP in AMP und 2 P.
Schließlich spaltet sich Argininosuccinat in Arginin und Fumarat. Arginin ist die unmittelbare Vorstufe von Harnstoff. Durch Wasseraufnahme entsteht aus Arginin Ornithin und Harnstoff.

Summengleichung:

CO 2   +   NH 4 +   +   3   ATP +   Aspartat   +   2   H 2 O → Harnstoff   +2   ADP   +   2   P   +   AMP + PP + Fumarat

Eine besondere Bedeutung hat das Fumarat , das aus dem Zyklus abgespalten wird. Es bildet die Verbindung zum Citratzyklus. Dabei kann es mehrere Wege einschlagen:

  1. Aus Fumarat entsteht über Malat und Oxalacetat wieder Aspartat für den Harnstoffzyklus.
  2. Fumarat geht über Malat und Oxalat in die Gluconeogenese zur Glucosegewinnung.
  3. Fumarat wird über Malat und Oxalat zu Pyruvat.
  4. Fumarat reagiert über Malat und Oxalat mit Acetyl-CoA zu Citrat.

Hauptort des Harnstoffzyklus ist die Leber. Die Umwandlungen erfolgen in der mitochondrialen Matrix, alle anderen Reaktionen laufen im Cytoplasma ab. Einige Stoffe werden auch von der Leber zur Niere transportiert und dort weiter verarbeitet.

Bereits bei Prokaryoten können alle beteiligten Enzyme nachgewiesen werden. Die evolutionär primäre Funktion des Harnstoffzyklus war die Synthese von Arginin. Dieses stellt als Argininphosphat eine wichtige energiereiche Verbindung bei Wirbellosen dar. Alle Tiere, die den Harnstoffwechsel verloren haben (Krebstiere, Insekten, Reptilien), benötigen Arginin als essenzielle Aminosäure.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Harnstoffzyklus." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/harnstoffzyklus (Abgerufen: 20. May 2025, 16:49 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Ammoniak
  • Harnstoffzyklus
  • Ornithinzyklus
  • Harnstoff
  • Ornithin
  • Harnsäure
  • Aspartat
  • Aminosäuren
  • Fumarat
  • Reaktionen
  • Carbamoylphosphat
  • Citrullin
  • Argininsuccinat
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Nachweisreaktionen organischer Naturstoffe

Die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind mehr oder weniger spezifische Nachweisreaktionen der Stoffklassen. Anders als bei anorganischen Fällungs- oder Farbreaktionen sind die Reaktionsgleichungen oft sehr kompliziert und daher nur schwer darzustellen.
Die Vielfalt der makromolekularen Naturstoffe ist viel zu groß, als das man für jeden einzelnen Stoff einen spezifischen Nachweis entwickeln könnte. Deshalb nutzt man zur eindeutigen Identifizierung der Einzelstoffe heutzutage moderne instrumentelle Methoden wie die Massenspektroskopie oder elektrophoretische Verfahren. Stehen diese nicht zur Verfügung, muss man physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkte oder optische Drehwerte für eine eindeutige Identifizierung heranziehen.

Fleming und das Lysozym

ALEXANDER FLEMING entdeckte 1922 das Lysozym im Nasensekret des Menschen. Als Enzym schützt es das Körperinnere vor Bakterien, indem es ihre Zellwände zerstört. Es bildet eine einfache Immunschranke gegenüber Bakterien, schützt aber leider nicht vor pathogenen Bakterien.

Chemiefasern (Kunstfasern)

Textilien schützen uns vor Witterungseinflüssen. Unsere Ansprüche an die Kleidung gehen aber viel weiter. Heute steht uns für die Fertigung von Kleidung eine große Vielfalt an Textilfasern zur Verfügung. Bis ins 20. Jahrhundert wurden ausschließlich Naturfasern auf Basis von Cellulose (Baumwolle) oder Eiweißen (Wolle) verwendet. Mit der Entwicklung der Kunststoffchemie in den 30er-Jahren ergaben sich jedoch völlig neue Möglichkeiten, synthetische makromolekulare Stoffe zu Fasern zu verarbeiten. Diese Kunstfasern bzw. synthetischen Fasern sind aus dem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken.

Wirkung von Penicillin

Penicillin ist ein Antibiotikum. Es wirkt als Inhibitor auf das Bakterienenzym Transpeptidase, das die Quervernetzung in der Bakterienwand steuert. Das Enzym wird blockiert, so dass die Zellwand durchlässiger wird. Die Zelle nimmt osmotisch Wasser auf und platzt. Auf diese Weise werden krankheitserregende Bakterien abgetötet.

Andreas Sigismund Marggraf

* 03.03.1709 in Berlin
† 07.08.1782 in Berlin

ANDREAS SIGISMUND MARGGRAF war einer der bedeutendsten deutschen Chemiker der 18. Jahrhunderts. Als Anhänger der Phlogistontheorie führte er viele Experimente in der Hoffnung durch, das sagenhafte Phlogiston zu entdecken. Stattdessen fand er bei der Untersuchung von Naturstoffen heraus, dass Rüben Rohrzucker (Saccharose) enthalten. Damit legte er den Grundstein für die Ablösung des importierten Rohrzuckers durch einheimischen Zucker, die jedoch erst nach MARGGRAFs Tod zu Beginn des 19. Jahrhunderts erfolgte.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025