Chu trình Ure

Chu trình ure là con đường chuyển hóa, chủ yếu diễn ra ở gan, biến đổi amoniac độc hại có nguồn gốc từ sự phân hủy axit amin thành ure, một hợp chất hòa tan và ít độc hơn nhiều mà thận bài tiết. Đây là con đường chuyển hóa theo chu trình đầu tiên được mô tả và vẫn là con đường chính của cơ thể để loại bỏ nitơ dư thừa.

Definition

Chu trình ure là một chuỗi phản ứng diễn ra một phần trong ty thể, một phần trong bào tương, kết hợp amoniac và nitơ có nguồn gốc từ aspartate với carbon dioxide để tổng hợp ure, tái tạo chất mang ornithine sau mỗi vòng.

Scope

Mục này bao gồm năm bước enzyme cốt lõi của chu trình, sự phân chia của nó giữa ty thể và bào tương, hai nguồn nitơ mà nó kết hợp, và cách nó được điều hòa. Số phận của các nhóm amin trước khi chúng đi vào chu trình được đề cập trong mục dị hóa, và việc xử lý amoniac rộng hơn được đề cập trong mục nitơ.

Core questions

• Hai nguyên tử nitơ của ure đến từ đâu?
• Những bước nào xảy ra trong ty thể và những bước nào trong bào tương?
• Lưu lượng qua chu trình được điều chỉnh như thế nào để phù hợp với tải lượng nitơ?

Key concepts

• Carbamoyl phosphate synthetase I
• Ornithine transcarbamylase
• Argininosuccinate synthetase và lyase
• Arginase và sự tái tạo ornithine
• N-acetylglutamate như một chất hoạt hóa dị lập thể
• Sự phân ngăn ty thể-bào tương

Mechanisms

Trong ty thể, amoniac và bicarbonate được ngưng tụ thành carbamoyl phosphate bởi carbamoyl phosphate synthetase I, một enzyme đòi hỏi chất hoạt hóa dị lập thể N-acetylglutamate. Ornithine transcarbamylase sau đó kết hợp carbamoyl phosphate với ornithine để tạo thành citrulline, chất này được xuất khẩu ra bào tương. Ở đó, argininosuccinate synthetase kết hợp nitơ thứ hai từ aspartate để tạo ra argininosuccinate, chất này được argininosuccinate lyase phân cắt thành arginine và fumarate. Arginase cuối cùng thủy phân arginine thành ure và ornithine, và ornithine được tái tạo lại đi vào ty thể để bắt đầu một vòng khác. Do đó, một nitơ của ure đến từ amoniac tự do và nitơ còn lại từ aspartate, trong khi carbon đến từ bicarbonate. Lưu lượng được điều chỉnh bởi cả nguồn cung cấp N-acetylglutamate, phản ánh tổng lượng nitơ, và bởi những thay đổi dài hạn về số lượng enzyme.

Clinical relevance

Các thiếu hụt di truyền của các enzyme chu trình ure làm suy giảm khả năng loại bỏ nitơ và có thể dẫn đến tích tụ amoniac, và chu trình này là trung tâm trong việc cơ thể được bảo vệ khỏi độc tính của amoniac. Mục này mô tả con đường và cách nó được nghiên cứu; chẩn đoán và quản lý các rối loạn chu trình ure tuân theo các hướng dẫn đồng thuận của chuyên gia và không được đề cập như lời khuyên cá nhân ở đây.

Epidemiology

Các rối loạn chu trình ure là những sai sót bẩm sinh hiếm gặp riêng lẻ trong quá trình chuyển hóa; các hướng dẫn đồng thuận tóm tắt tần suất kết hợp và nhận dạng lâm sàng của chúng, trong khi các ước tính chi tiết thuộc về các nguồn lâm sàng chuyên biệt.

Evidence & guidelines

Sinh hóa là kiến thức sách giáo khoa đã được thiết lập; đối với các rối loạn lâm sàng của chu trình, các hướng dẫn đồng thuận quốc tế đã được công bố và sửa đổi (Haeberle et al., 2012; 2019), mà mục này chỉ tham chiếu để chỉ ra nơi các tiêu chuẩn lâm sàng được đặt ra.

History

Hans Krebs và Kurt Henseleit đã mô tả chu trình ornithine hình thành ure vào năm 1932, chu trình chuyển hóa đầu tiên được công nhận. Công trình tiếp theo, đáng chú ý là của Sarah Ratner, đã mô tả các bước argininosuccinate và hoàn thành bản đồ enzyme của con đường.

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Sarah Ratner

Seminal works

• morris-2002
• haeberle-2019

Frequently asked questions

Tại sao cơ thể chuyển đổi amoniac thành ure?

Amoniac có độc tính, đặc biệt đối với hệ thần kinh, vì vậy việc chuyển đổi nó thành ure, một chất hòa tan và ít độc hơn nhiều, cho phép nitơ dư thừa được vận chuyển trong máu và bài tiết an toàn qua thận.

Chu trình ure diễn ra ở đâu trong tế bào?

Nó được chia thành hai ngăn: các bước đầu tiên xảy ra trong chất nền ty thể của tế bào gan, và các bước còn lại xảy ra trong bào tương, với các chất trung gian được vận chuyển giữa hai ngăn.