尿素循环

尿素循环（），也称鳥氨酸循环（）是许多哺乳类动物的一个生物化学反应过程，由氨（NH3）生成尿素（）。尿素循环将高毒性氨转化为尿素排泄。这是人们第一个发现的代谢循环（汉斯·克雷布斯（）和于1932年发现），比三羧酸循环的发现还早五年。

尿素循环学说是1932年，由汉斯·克雷布斯等人通过鼠肝切片体外试验结果提出的。後來为赖特纳等人完善。

在哺乳动物中，尿素循环主要发生在肝脏中，而小範圍发生在肾脏中。但在鸟类和陆生蜥蜴中，转换得出的产物却是尿酸。鱼类并不需要转换氨，它们的身体直接与水接触，通过简单的扩散即可实现氨的清除。 

尿素的生成场所是肝细胞（）。循环一部分发生在线粒体內，另一部分发生在細胞質内，因此过程中需要转运。

 功能 
尿素循环反应将含氮的代谢产物，主要是將毒性較強的氨，转为較為無害的尿素或尿酸，兩者均会通过肾随尿液排出。尿素循环的不足发生在某些遗传性疾病（遗传性代谢缺陷），并且发生在肝功能衰竭。肝功能衰竭的结果是含氮废物，主要是氨的积累，从而导致肝性脑病。

 反应 
尿素循环包含五个反应：2个在线粒体中，3个在细胞质中。循環轉換兩個氨基（分别來自氨和天冬胺酸）和一個来自HCO3−的碳原子，消耗四個“高能”磷酸鍵（3ATP水解成2ADP和1AMP），產生相對無毒的代谢產物尿素经尿排出体外。

鳥氨酸是這些碳和氮原子的載體。

 +尿素循环的反应
  步骤  反应物  产物  催化酶  场所
   1
  NH3 + HCO3− + 2ATP  氨甲酰磷酸 + 2ADP + Pi   CPS1  线粒体
   2
  氨甲酰磷酸 + 鸟氨酸  瓜氨酸 + Pi   OTC  线粒体
   3
  瓜氨酸 + 天冬氨酸 + ATP  精氨基琥珀酸 + AMP + PPi   ASS   细胞质
   4
  精氨基琥珀酸  Arg + 延胡索酸   ASL  细胞质
   5
  精氨酸 + H2O  鸟氨酸 + 尿素   ARG1  细胞质
尿素循环反应

因此，尿素循環的總方程式為：
 NH3 + CO2 + 天冬氨酸 + 3 ATP + 2 H2O → 尿素 + 延胡索酸 + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi

因為延胡索（fumarate）是通過從天冬氨酸（aspartate）除去NH3（by means of reactions 3 and 4）, 而且 PPi + H2O → 2 Pi，方程式可如下簡化：
 2 NH3 + CO2 + 3 ATP + H2O → 尿素 + 2 ADP + 4 Pi + AMP

 线粒体内的级联反应 

CPS I反应（通过氨基甲酰磷酸合成酶I催化）:
 碳酸氢盐会被磷酸化成为羧基磷酸，这也是它的激活过程（第一个消耗三磷酸腺苷反应）
 羧基磷酸的磷酸基团分离後，氨基会加入，产物是氨基甲酸盐。
 氨基甲酸盐会被磷酸化激活（第二个消耗ATP反应）。

产物是氨基甲酰磷酸，它将作为循环胞浆部分的原料。但线粒体膜上并不存在将它运输到胞浆的转运蛋白，所以氨基甲酰磷酸会通过鸟氨酸-瓜氨酸的转化，达到离开线粒体到达胞浆的目的。 

这两种氨基酸都是非蛋白质alpha-L-氨基酸。两者的区别正是一个氨基甲酸残基。氨基甲酰磷酸脱磷酸候会被转到鸟氨酸上，产物是瓜氨酸。催化的酶是氨甲酰基转移酶（Ornithin-Carbamoyl-Transferase）。

瓜氨酸会通过瓜氨酸转移酶到达胞浆。

 胞浆内的级联反应 
瓜氨酸在胞浆会与天冬氨酸反应生成精氨基琥珀酸，催化的酶是精氨基琥珀酸合酶，反应消耗ATP。

精氨基琥珀酸分解成为延胡索酸和精氨酸，催化的酶是精氨基琥珀酸裂解酶。

在最後一步反应中，精氨酸酶催化精氨酸到鸟氨酸的反应。反应中消耗一分子水。

 参考文献 

 外部链接 
 The chemical logic behind the urea cycle（engl.）


Category:氮素代谢