尿素循环

尿素循环是主要位于肝脏中的代谢途径，它将氨基酸分解产生的有毒氨转化为尿素，尿素是一种可溶且毒性小得多的化合物，由肾脏排出。它是第一个被描述的循环代谢途径，也是人体处理过剩氮的主要途径。

Definition

尿素循环是一系列部分在线粒体、部分在细胞质中进行的反应，它将氨和天冬氨酸衍生的氮与二氧化碳结合，合成尿素，并在每次循环中再生载体鸟氨酸。

Scope

本条目涵盖了该循环的五个核心酶促步骤、其在线粒体和细胞质之间的分区、它所结合的两个氮源以及其调控方式。氨基进入循环之前的命运在“分解代谢”条目中介绍，更广泛的氨处理在“氮”条目中介绍。

Core questions

• 尿素的两个氮原子来自哪里？
• 哪些步骤发生在线粒体中，哪些步骤发生在细胞质中？
• 循环通量如何与氮负荷匹配？

Key concepts

• 氨甲酰磷酸合成酶 I
• 鸟氨酸转氨甲酰酶
• 精氨酸琥珀酸合成酶和裂解酶
• 精氨酸酶和鸟氨酸的再生
• N-乙酰谷氨酸作为变构激活剂
• 线粒体-细胞质区室化

Mechanisms

在线粒体中，氨和碳酸氢盐在氨甲酰磷酸合成酶 I 的作用下缩合为氨甲酰磷酸，该酶需要变构激活剂 N-乙酰谷氨酸。然后，鸟氨酸转氨甲酰酶将氨甲酰磷酸与鸟氨酸结合形成瓜氨酸，瓜氨酸被输出到细胞质中。在那里，精氨酸琥珀酸合成酶结合来自天冬氨酸的第二个氮，生成精氨酸琥珀酸，精氨酸琥珀酸裂解酶将其裂解为精氨酸和延胡索酸。精氨酸酶最终水解精氨酸生成尿素和鸟氨酸，再生的鸟氨酸重新进入线粒体开始下一个循环。因此，尿素的一个氮来自游离氨，另一个来自天冬氨酸，而碳来自碳酸氢盐。通量通过 N-乙酰谷氨酸的供应（反映总体氮负荷）和酶量的长期变化进行调节。

Clinical relevance

尿素循环酶的遗传缺陷会损害氮的清除，并可能导致氨积累，而该循环对于人体如何免受氨毒性至关重要。本条目描述了该途径及其研究方法；尿素循环障碍的诊断和管理遵循专家共识指南，此处不作为个人建议进行阐述。

Epidemiology

尿素循环障碍是罕见的先天性代谢缺陷；共识指南总结了它们的合并频率和临床识别，而详细的估计则属于专门的临床来源。

Evidence & guidelines

生化机制是既定的教科书知识；对于该循环的临床疾病，国际共识指南已经发布并修订（Haeberle 等人，2012；2019），本条目仅引用这些指南以表明临床标准的所在地。

History

汉斯·克雷布斯（Hans Krebs）和库尔特·亨塞莱特（Kurt Henseleit）于1932年描述了尿素形成的鸟氨酸循环，这是第一个被识别的代谢循环。随后的工作，特别是莎拉·拉特纳（Sarah Ratner）的工作，阐明了精氨酸琥珀酸步骤并完善了该途径的酶促图谱。

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Sarah Ratner

Seminal works

• morris-2002
• haeberle-2019

Frequently asked questions

为什么人体将氨转化为尿素？

氨有毒，特别是对神经系统，因此将其转化为可溶且毒性小得多的尿素，可以使过剩的氮在血液中运输并由肾脏安全排出。

尿素循环在细胞的哪个部位发生？

它分为两个区室：最初的步骤发生在肝细胞的线粒体基质中，其余步骤发生在细胞质中，中间产物在这两者之间穿梭。