Sự phân giải protein, như ở trong hệ tiêu hoá của động vật, ở hạt nảy mầm hoặc ở trong đất khi phân giải các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật, bắt đầu bằng sự thuỷ phân. Các liên kết peptide bị cắt ra do các peptidase, xuất hiện các aminoacid tự do. Tuỳ thuộc vào loại peptidase mà chuỗi peptide được thuỷ phân ở giữa hoặc ở một đầu chuỗi.
Ở quá trình nảy mầm các aminoacid được tạo ra được sử dụng để tổng hợp nên các protein mới. Sự phân giải protein nhờ vi sinh vật trong đất và trong hệ tiêu hoá được thực hiện tiếp theo là các aminoacid bị khử amine hoá, giải phóng ra NH3. Những vi sinh vật sống trong đất có khả năng thực hiện phản ứng này vì vậy được gọi là vi sinh vật tạo amôn.
Hình 7.26 Chu trình Ornithine
Nguyên tắc của sự khử amine hoá là phản ứng oxy hoá và sự tách NH3 (khử amine hoá oxy hoá). Ở trong động vật, đặc biệt là glutamate được sự khử amine hoá bằng cách oxy hoá. Enzyme xúc tác cho phản ứng này là glutamate dehydrogenase. Trong điều kiện yếm khí những aminoacid bị khử amine hoá bằng phản ứng khử (xem sơ đồ), một quá trình xảy ra trong đất ngập nước, như đất lúa.
Trong cơ thể động vật có vú urê được tạo ra từ NH3 qua chu trình được gọi là ornithine (hình 7.26). Trong chu trình này gốc carbamyl và guanidyl đóng vai trò quan trọng. Cả hai đều xuất phát từ urê, như công thức sau:
Chu trình bắt đầu với sự tổng hợp carbamic acid (xem sơ đồ). Đây là phản ứng cân bằng tự nhiên. Chất phản ứng được cung cấp do quá trình hô hấp (CO2) và quá trình khử amine hoá bằng cách oxy hoá (NH3).
Carbamic acid được phosphoryl hoá nhờ ATP để tạo thành carbamylphosphate:
Carbamylphosphat phản ứng với ornithine để tạo citrulline và phosphate vô cơ được tách ra.
Ở đây nguyên tử H của nhóm amine cuối cùng được thay thế bằng nhóm carbamyl. Citrulline phản ứng với aspartic acid để tạo thành argininosuccinic acid. Phản ứng cần ATP.
Qua sự biến đổi nội phân tử chất này được tách thành arginine và fumaric acid.
Arginine là 1 dẫn suất của guanidyl. Nhờ arginase (hydrolase) arginine được tách ra thành ornithine và urê.
Sau khi tạo thành ornithine chu trình mới lại bắt đầu. Chất đi vào chu trình: CO2, NH3, asparagine và ATP. Chu trình tạo nên urê và fumaric acid. Hai nguyên tử N của urê bắt nguồn từ NH3 và asparagine.
Như vậy NH3, dạng độc đã được biến đổi thành dạng không độc, và được thải ra cùng với nước tiểu. Fumaric acid là chất trao đổi của chu trình Krebs và cũng được tiếp tục biến đổi ở đó. Việc sử dụng ATP ở đây đã nói lên rằng, việc giải độc NH3 cần năng lượng. Khung carbon của fumaric acid bắt nguồn từ asparagine. Như vậy một aminocid trong quá trình phân giải của chu trình Krebs đã nối với chu trình ornithine.
Những enzyme của chu trình ornithine phần thì định vị trong cơ chất của ty thể đó là glutamate dehydrogenase và citrullinsynthetase, những enzyme còn lại của chu trình định vị trong tế bào chất.
Trong thực vật bậc cao cũng có các enzyme của chu trình ornithine.
Trong hạt nảy mầm arginase và ornithin-transcarbamylase được tìm thấy.
Trong đó enzyme cuối cùng xúc tác cho phản ứng tổng hợp citrulline từ carbamylphosphate và ornithine. Vì vậy người ta cho rằng, những enzyme kể trên có vai trò quan trọng đối với việc huy động các protein dự trữ.
Trong cây nho arginine là một dạng dự trữ nitơ, được tích luỹ vào mùa thu ở trong cành (gỗ).
Trong nhiều trường hợp urê được tách thành CO2 và NH3 trong đất nhờ urease, như vậy nitơ được bón ở dạng urê được tiếp nhận ở dạng NH4+ hoặc sau đó được biến đổi nhờ vi sinh vật sang dạng NO3- .
Sự biến đổi NH3 trong đất thành NO3- được thực hiện nhờ vi khuẩn, chúng oxy hoá (đốt cháy) NH3 cũng như HNO2 để thu được năng lượng cho quá trình trao đổi chất. Những loài vi khuẩn quan trọng nhất oxy hoá NH3 là loài nitrosomonas, nitrosocystus, nitrospira. Sự oxy hoá cần có O2
tương ứng theo phương trình sau: