Cycle de l'urée

Le cycle de l'urée est la voie métabolique, située principalement dans le foie, qui convertit l'ammoniac toxique issu de la dégradation des acides aminés en urée, un composé soluble et beaucoup moins toxique que les reins excrètent. Ce fut la première voie métabolique cyclique à être décrite et demeure la principale voie de l'organisme pour l'élimination de l'excès d'azote.

Definition

Le cycle de l'urée est une série de réactions partiellement mitochondriales et partiellement cytosoliques qui combine l'ammoniac et l'azote dérivé de l'aspartate avec le dioxyde de carbone pour synthétiser l'urée, en régénérant le transporteur ornithine à chaque tour.

Scope

Cette entrée aborde les cinq étapes enzymatiques fondamentales du cycle, sa compartimentation entre la mitochondrie et le cytosol, les deux sources d'azote qu'il incorpore, et sa régulation. Le devenir des groupes amino avant leur entrée dans le cycle est traité dans l'entrée sur le catabolisme, et la gestion plus large de l'ammoniac dans l'entrée sur l'azote.

Core questions

• D'où proviennent les deux atomes d'azote de l'urée ?
• Quelles étapes se déroulent dans la mitochondrie et lesquelles dans le cytosol ?
• Comment le flux à travers le cycle est-il ajusté à la charge azotée ?

Key concepts

• Carbamoyl phosphate synthétase I
• Ornithine transcarbamylase
• Argininosuccinate synthétase et lyase
• Arginase et régénération de l'ornithine
• N-acétylglutamate comme activateur allostérique
• Compartimentation mitochondriale-cytosolique

Mechanisms

Dans la mitochondrie, l'ammoniac et le bicarbonate sont condensés en carbamoyl phosphate par la carbamoyl phosphate synthétase I, une enzyme qui nécessite l'activateur allostérique N-acétylglutamate. L'ornithine transcarbamylase lie ensuite le carbamoyl phosphate à l'ornithine pour former la citrulline, qui est exportée vers le cytosol. Là, l'argininosuccinate synthétase incorpore le second azote de l'aspartate pour former l'argininosuccinate, que l'argininosuccinate lyase clive en arginine et fumarate. L'arginase hydrolyse finalement l'arginine en urée et ornithine, et l'ornithine régénérée réintègre la mitochondrie pour entamer un nouveau cycle. Ainsi, un atome d'azote de l'urée provient de l'ammoniac libre et l'autre de l'aspartate, tandis que le carbone provient du bicarbonate. Le flux est régulé à la fois par l'apport de N-acétylglutamate, qui reflète la charge azotée globale, et par des changements à plus long terme dans les quantités d'enzymes.

Clinical relevance

Les déficiences héréditaires des enzymes du cycle de l'urée altèrent l'élimination de l'azote et peuvent entraîner une accumulation d'ammoniac, et le cycle est essentiel à la protection de l'organisme contre la toxicité de l'ammoniac. Cette entrée décrit la voie métabolique et la manière dont elle est étudiée ; le diagnostic et la prise en charge des troubles du cycle de l'urée suivent les lignes directrices consensuelles des spécialistes et ne sont pas traités ici comme des conseils individuels.

Epidemiology

Les troubles du cycle de l'urée sont des erreurs innées du métabolisme individuellement rares ; les lignes directrices consensuelles résument leur fréquence combinée et leur reconnaissance clinique, tandis que les estimations détaillées relèvent de sources cliniques spécialisées.

Evidence & guidelines

La biochimie est une connaissance établie des manuels ; pour les troubles cliniques du cycle, des lignes directrices consensuelles internationales ont été publiées et révisées (Haeberle et al., 2012; 2019), que la présente entrée ne référence que pour indiquer où se situent les normes cliniques.

History

Hans Krebs et Kurt Henseleit ont décrit le cycle de l'ornithine de la formation de l'urée en 1932, le premier cycle métabolique à être reconnu. Des travaux ultérieurs, notamment ceux de Sarah Ratner, ont caractérisé les étapes de l'argininosuccinate et complété la carte enzymatique de la voie.

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Sarah Ratner

Seminal works

• morris-2002
• haeberle-2019

Frequently asked questions

Pourquoi l'organisme convertit-il l'ammoniac en urée ?

L'ammoniac est toxique, en particulier pour le système nerveux ; sa conversion en urée, qui est soluble et beaucoup moins toxique, permet à l'excès d'azote d'être transporté dans le sang et excrété en toute sécurité par les reins.

Où le cycle de l'urée a-t-il lieu dans la cellule ?

Il est divisé entre deux compartiments : les premières étapes se déroulent dans la matrice mitochondriale des cellules hépatiques, et les étapes restantes se déroulent dans le cytosol, avec des intermédiaires naviguant entre les deux.