Siklus Urea

Siklus urea adalah jalur, yang terletak terutama di hati, yang mengubah amonia beracun yang berasal dari pemecahan asam amino menjadi urea, senyawa yang larut dan jauh lebih tidak beracun yang dikeluarkan ginjal. Ini adalah jalur metabolisme siklik pertama yang dijelaskan dan tetap menjadi rute utama tubuh untuk membuang kelebihan nitrogen.

Definition

Siklus urea adalah serangkaian reaksi yang sebagian terjadi di mitokondria dan sebagian di sitosol yang menggabungkan amonia dan nitrogen turunan aspartat dengan karbon dioksida untuk mensintesis urea, meregenerasi pembawa ornitin pada setiap putaran.

Scope

Entri ini mencakup lima langkah enzimatik inti siklus, pembagiannya antara mitokondria dan sitosol, dua sumber nitrogen yang digabungkannya, dan bagaimana siklus ini diatur. Nasib gugus amino sebelum masuk ke siklus dibahas dalam entri katabolisme, dan penanganan amonia yang lebih luas dalam entri nitrogen.

Core questions

• Dari mana asal dua atom nitrogen urea?
• Langkah-langkah mana yang terjadi di mitokondria dan mana yang di sitosol?
• Bagaimana fluks melalui siklus disesuaikan dengan beban nitrogen?

Key concepts

• Karbamoil fosfat sintetase I
• Ornitin transkarbamilase
• Argininosuksinat sintetase dan liase
• Arginase dan regenerasi ornitin
• N-asetilglutamat sebagai aktivator alosterik
• Kompartementasi mitokondria-sitosol

Mechanisms

Di dalam mitokondria, amonia dan bikarbonat dikondensasi menjadi karbamoil fosfat oleh karbamoil fosfat sintetase I, enzim yang membutuhkan aktivator alosterik N-asetilglutamat. Ornitin transkarbamilase kemudian menggabungkan karbamoil fosfat dengan ornitin untuk membentuk sitrulin, yang diekspor ke sitosol. Di sana, argininosuksinat sintetase menggabungkan nitrogen kedua dari aspartat untuk membuat argininosuksinat, yang oleh argininosuksinat liase dipecah menjadi arginin dan fumarat. Arginase akhirnya menghidrolisis arginin menjadi urea dan ornitin, dan ornitin yang diregenerasi masuk kembali ke mitokondria untuk memulai putaran lain. Dengan demikian, satu nitrogen urea berasal dari amonia bebas dan yang lainnya dari aspartat, sedangkan karbon berasal dari bikarbonat. Fluks disesuaikan baik oleh pasokan N-asetilglutamat, yang mencerminkan beban nitrogen keseluruhan, maupun oleh perubahan jangka panjang dalam jumlah enzim.

Clinical relevance

Defisiensi bawaan enzim siklus urea mengganggu pembuangan nitrogen dan dapat menyebabkan akumulasi amonia, dan siklus ini merupakan pusat bagaimana tubuh tetap terlindungi dari toksisitas amonia. Entri ini menjelaskan jalur dan bagaimana jalur ini dipelajari; diagnosis dan penatalaksanaan gangguan siklus urea mengikuti pedoman konsensus spesialis dan tidak dibahas sebagai nasihat individual di sini.

Epidemiology

Gangguan siklus urea secara individual merupakan kesalahan metabolisme bawaan yang jarang terjadi; pedoman konsensus merangkum frekuensi gabungan dan pengenalan klinisnya, sementara perkiraan terperinci termasuk dalam sumber klinis khusus.

Evidence & guidelines

Biokimia adalah pengetahuan buku teks yang mapan; untuk gangguan klinis siklus, pedoman konsensus internasional telah diterbitkan dan direvisi (Haeberle et al., 2012; 2019), yang entri ini hanya merujuk untuk menunjukkan di mana standar klinis berada.

History

Hans Krebs dan Kurt Henseleit menjelaskan siklus ornitin pembentukan urea pada tahun 1932, siklus metabolik pertama yang dikenali. Pekerjaan selanjutnya, terutama oleh Sarah Ratner, mengkarakterisasi langkah-langkah argininosuksinat dan melengkapi peta enzimatik jalur tersebut.

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Sarah Ratner

Seminal works

• morris-2002
• haeberle-2019

Frequently asked questions

Mengapa tubuh mengubah amonia menjadi urea?

Amonia bersifat toksik, terutama bagi sistem saraf, sehingga mengubahnya menjadi urea, yang larut dan jauh lebih tidak toksik, memungkinkan kelebihan nitrogen diangkut dalam darah dan dikeluarkan dengan aman oleh ginjal.

Di mana dalam sel siklus urea berlangsung?

Ini terbagi antara dua kompartemen: langkah-langkah pertama terjadi di matriks mitokondria sel hati, dan langkah-langkah selanjutnya terjadi di sitosol, dengan zat antara diangkut di antara keduanya.