Ammoniakkiaineenvaihdunta ja urea-kierto

Ammoniakki on aminohappojen ja proteiinien katabolismin hermomyrkyllinen sivutuote, josta kehon on jatkuvasti päästävä eroon. Maksa suorittaa tämän pääasiassa urea-kierron (orntiini- eli Krebs–Henseleit-kierron) kautta, joka muuntaa ammoniakin ureaksi munuaiserittymistä varten. Kun maksan ureasyteesi epäonnistuu tai ohitetaan, ammoniakkia kertyy vereen ja se voi vaikuttaa aivoihin.

Definition

Urea-kierto on maksassa tapahtuva metabolinen reitti, joka muuntaa pääasiassa aminohappokatabolismista ja suoliston typestä peräisin olevan ammoniakin ureaksi erittymistä varten. Se on kehon tärkein typen poiston ja ammoniakin myrkyttömäksi tekemisen reitti.

Scope

Artikkeli käsittelee ammoniakin lähteitä, urea-kierron vaiheita ja kompartmentalisoitumista, glutamiinisynteesin täydentävää roolia ammoniakin käsittelyssä sekä heikentyneen ureageneesin seurauksia. Kyseessä on fysiologian viiteartikkeli typen poistosta; hyperammonemian kliiniset oireyhtymät käsitellään maksan enkefalopatiaa käsittelevässä artikkelissa.

Core questions

• Mistä kierrättävä ammoniakki on peräisin?
• Mitkä ovat urea-kierron vaiheet ja miten se on kompartmentalisoitunut hepatosyytissä?
• Miten maksa ja lihakset käyttävät glutamiinisynteesiä ammoniakin puskurointiin?
• Mitä amoniakille tapahtuu, kun maksan ureasyteesi on heikentynyt tai ohitettu?

Key concepts

• Ammoniakki typpihukkana
• Urea-kierto (ornitiinikierto)
• Mitokondrio- ja sytosoliset kierron vaiheet
• Karbamyylifosfaattisyntetaasi I
• Glutamiinisynteesi ja ammoniakin puskurointi
• Periportaalisten ja perivenousisten hepatosyyttien sonaatioero
• Portosysteeminen sunttaus
• Hyperammonemia

Mechanisms

Ammoniakkia syntyy aminohappojen deaminaatiosta, glutamiinin hajoamisesta ja suoliston bakteerimetaboliasta portaaliveren nitrogenisista substraateista (Braissant ym., 2013; Rui, 2014). Periportaaliset hepatosyytit muuntavat ammoniakin ja bikarbonaatista johdetun karbamyylifosfaatin ureaksi urea-kierron kautta, jonka ensimmäiset vaiheet tapahtuvat mitokondriossa ja loput sytosolissa regeneroiden orntiinia joka kierroksella (Krebs & Henseleit, 1932). Perivenoosiset hepatosyytit tarjoavat korkean affiniteetin varamekanismin liittämällä jäljelle jäänyttä ammoniakkia glutamiiniksi glutamiinisynteesin avulla, ja luustolihakset ottavat myös ammoniakkia muodostamalla glutamiinia. Kun toimiva maksamassa menetetään tai portaaliveri ohittaa hepatosyytit portosysteemisten sunttien kautta, ammoniakki välttää myrkyttömäksi tekemisen ja kohoaa systeemiseen verenkiertoon, josta se voi siirtyä aivoihin ja häiritä astrosyyttien ja hermosolujen toimintaa.

Clinical relevance

Maksan ureageneesin eheys on edellytys sille, että keho pitää veren ammoniakkipitoisuuden alhaisena. Sen epäonnistuminen yhdistää maksasairauden ja tietyt perinnölliset entsyymivirheet kohonneeseen ammoniakkiin ja sen neurologisiin vaikutuksiin. Tämä artikkeli selittää fysiologiaa, joka yhdistää typenaineenvaihdunnan kliiniseen hyperammonemiaan, eikä se ole yksittäisten potilaiden diagnoosin tai hoidon perusta.

Evidence & guidelines

Ammoniakin käsittelyn biokemiaa ja sen hermomyrkyllisyyttä on katsauksellisesti käsitelty Braissantin ja kollegoiden toimesta (2013), ja urea-kierron asema maksaaineenvaihdunnassa on kuvattu fysiologian perusteoskatsauksissa (Rui, 2014). Kierron itsessään kuvasi ensimmäisenä Krebs ja Henseleit (1932).

History

Hans Krebs ja Kurt Henseleit kuvasivat orntiinin ureanmuodostuskierron vuonna 1932, mikä oli yksi ensimmäisistä selvitetyistä metabolisista kierroista ja merkkipaalu biokemiassa. Myöhempi tutkimus kartoitti entsyymit, niiden kompartmentalisoitumisen hepatosyytin sisällä sekä perinnölliset urea-kiertohäiriöt, jotka syntyvät yksittäisten vaiheiden epäonnistuessa.

Seminal works

• krebs-henseleit-1932
• braissant-2012

Frequently asked questions

Miksi ammoniakki on vaarallinen?

Ammoniakki on hermomyrkyllinen; kun veripitoisuus nousee, se voi siirtyä aivoihin ja häiritä astrosyyttien toimintaa. Tästä syystä keho muuntaa sen jatkuvasti harmittomaksi, erittymiskelpoiseksi ureaksi.

Miten ammoniakki voi nousta, vaikka urea-kierron entsyymit olisivat toiminnassa?

Pitkälle edistyneessä maksasairaudessa portaaliveri, joka sisältää suoliston peräisin olevaa ammoniakkia, voi ohittaa toimivat hepatosyytit portosysteemisten sunttien kautta, jolloin ammoniakki ei koskaan päädy urea-kierron myrkyttömäksi tekemisprosessiin.