Обмін аміаку та цикл сечовини

Аміак є нейротоксичним побічним продуктом катаболізму амінокислот і білків, що організм повинен безперервно знешкоджувати. Печінка здійснює це переважно через цикл сечовини (орнітиновий цикл, або цикл Кребса-Хенселейта), який перетворює аміак на сечовину для виведення нирками. Коли синтез сечовини в печінці порушується або обходиться, аміак накопичується в крові і може вражати головний мозок.

Definition

Цикл сечовини — це печінковий шлях, що перетворює аміак, який утворюється переважно в результаті катаболізму амінокислот і кишкового азотного обміну, на сечовину для виведення, слугуючи основним маршрутом знешкодження аміаку та утилізації азоту в організмі.

Scope

Стаття охоплює джерела аміаку, стадії та компартменталізацію циклу сечовини, доповнюючу роль синтезу глутаміну в утилізації аміаку та наслідки порушення уреогенезу. Це довідковий виклад фізіології азотного знешкодження; клінічні синдроми гіперамоніємії розглянуті у статті про печінкову енцефалопатію.

Core questions

• Звідки походить аміак, що циркулює в крові?
• Які стадії циклу сечовини і як він компартменталізований у гепатоциті?
• Як печінка та м'язи використовують синтез глутаміну для буферування аміаку?
• Що відбувається з аміаком при порушенні або обході печінкового синтезу сечовини?

Key concepts

• Аміак як продукт азотного обміну
• Цикл сечовини (орнітиновий цикл)
• Мітохондріальні та цитозольні стадії циклу
• Карбамоїлфосфатсинтетаза I
• Синтез глутаміну та буферування аміаку
• Зональність перипортальних і перивенозних гепатоцитів
• Портосистемне шунтування
• Гіперамоніємія

Mechanisms

Аміак утворюється внаслідок дезамінування амінокислот, розщеплення глутаміну та бактеріального метаболізму нітрогенвмісних субстратів у кишківнику, що всмоктуються у портальну кров (Braissant et al., 2013; Rui, 2014). Перипортальні гепатоцити перетворюють аміак і карбамоїлфосфат, похідний від бікарбонату, на сечовину через цикл сечовини, перші стадії якого відбуваються в мітохондрії, а решта — в цитозолі, з регенерацією орнітину на кожному оберті (Krebs & Henseleit, 1932). Перивенозні гепатоцити забезпечують високоафінну резервну систему, включаючи залишковий аміак у глутамін за допомогою глутамінсинтетази; скелетний м'яз також поглинає аміак, формуючи глутамін. Коли функціональна маса печінки зменшується або портальна кров обминає гепатоцити через портосистемні шунти, аміак уникає знешкодження і підвищується в системному кровообігу, звідки може проникати в мозок і порушувати функцію астроцитів та нейронів.

Clinical relevance

Цілісність уреогенезу в печінці є основою здатності організму підтримувати низький рівень аміаку в крові; його порушення пов'язує захворювання печінки та певні спадкові дефекти ферментів з підвищенням аміаку та його неврологічними ефектами. Ця стаття пояснює фізіологію, що пов'язує метаболізм азоту з клінічною гіперамоніємією, і не є підставою для діагностики або лікування окремих осіб.

Evidence & guidelines

Біохімія утилізації аміаку та його нейротоксичність розглянуті Браісаном та колегами (2013), а місце циклу сечовини в метаболізмі печінки описано в стандартних фізіологічних оглядах (Rui, 2014). Сам цикл вперше описаний Кребсом та Хенселейтом (1932).

History

Ганс Кребс та Курт Хенселейт описали орнітиновий цикл утворення сечовини у 1932 році — один із перших метаболічних циклів, що був розшифрований, і визначна подія в біохімії. Подальші дослідження картували ферменти, їх компартменталізацію в гепатоциті та спадкові порушення циклу сечовини, що виникають при недостатності окремих стадій.

Seminal works

• krebs-henseleit-1932
• braissant-2012

Frequently asked questions

Чому аміак небезпечний?

Аміак є нейротоксичним: при підвищенні його рівня в крові він здатний проникати в мозок і порушувати функцію астроцитів, саме тому організм безперервно перетворює його на нешкідливу, здатну до виведення молекулу — сечовину.

Як може підвищуватися рівень аміаку навіть за інтактних ферментів циклу сечовини?

При вираженому захворюванні печінки портальна кров, що несе аміак кишкового походження, може обминати функціонуючі гепатоцити через портосистемні шунти, тому аміак ніколи не потрапляє до циклу сечовини для знешкодження.