Kitaran urea

Kitaran urea (juga dikenali sebagai kitar ornitina) ialah kitaran tindak balas biokimia yang menghasilkan urea, (NH2)2CO daripada ammonia (NH3). Haiwan yang menggunakan kitaran ini, terutamanya amfibia dan mamalia, dipanggil ureotelik.

Kitaran urea menukarkan ammonia yang sangat toksik kepada urea untuk perkumuhan. Kitaran ini merupakan kitaran metabolik pertama yang ditemui (Hans Krebs dan Kurt Henseleit, 1932), lima tahun sebelum penemuan kitaran asid sitirk. Kitaran ini diterangkan dengan lebih terperinci kemudian oleh Ratner dan Cohen. Kitaran urea berlaku terutamanya di hati dan, secara minoriti, di buah pinggang.

Fungsi 
Penguraian asid amino menghasilkan sisa ammonia. Semua haiwan memerlukan cara untuk mengeluarkan produk ini. Kebanyakan organisma akuatik, atau organisma ammonotelik, mengeluarkan ammonia tanpa menukarkannya. Organisma yang tidak boleh mengeluarkan nitrogen dengan mudah dan selamat sebagai ammonia menukarkannya kepada bahan yang kurang toksik, seperti urea, melalui kitaran urea, yang berlaku terutamanya dalam hati. Urea yang dihasilkan oleh hati kemudiannya dilepaskan ke dalam aliran darah, di mana ia bergerak ke buah pinggang dan akhirnya dikumuhkan dalam air kencing. Kitaran urea adalah penting kepada organisma ini, kerana jika nitrogen atau ammonia tidak disingkirkan daripada organisma ia boleh menjadi sangat memudaratkan. Dalam spesies termasuk burung dan kebanyakan serangga, ammonia ditukar menjadi asid urik atau garam uratnya, yang dikumuhkan dalam bentuk pepejal. Selanjutnya, kitaran urea menggunakan sisa karbon dioksida berasid dengan menggabungkannya dengan ammonia asas, membantu mengekalkan pH neutral.

Tindak balas 
Keseluruhan proses menukarkan dua kumpulan amino, satu daripada ion ammonium, , dan satu daripada aspartat, dan atom karbon daripada , kepada urea produk perkumuhan yang agak tidak toksik. Ini berlaku pada kos empat ikatan fosfat "tenaga tinggi" (3 ATP dihidrolisiskan kepada 2 ADP dan satu AMP). Penukaran daripada ammonia kepada urea berlaku dalam lima langkah utama. Yang pertama diperlukan agar ammonia memasuki kitaran dan empat berikut semuanya adalah sebahagian daripada kitaran itu sendiri. Untuk memasuki kitaran, ammonia ditukar kepada karbamoil fosfat. Kitaran urea terdiri daripada empat tindak balas enzim: satu enzim mitokondria dan tiga enzim sitosol. Ini menggunakan 6 enzim.

Tindak-tindak balas kitaran urea

1L-ornitina2 karbamoil fosfat3L-sitrulina4 argininosuksinat5 fumarat6L-arginina7 ureaL-AspL-aspartatCPS-1 karbamoil fosfat sintetasae IOTC Ornitina transkarbamoilaseASS argininosuksinat sintetaseASL argininosuksinat liaseARG1 arginase 1

Produk kitaran urea 
Seperti yang dinyatakan di atas, banyak vertebrat menggunakan kitaran urea untuk mencipta urea daripada ammonium supaya ammonium tidak merosakkan badan. Walaupun ini membantu, terdapat kesan lain kitaran urea. Sebagai contoh: penggunaan dua ATP, pengeluaran urea, penjanaan H+, gabungan  dan  untuk memperoleh bentuk lain, dan akhirnya penggunaan .

Kawal atur

Asid N-asetilglutamik 
Sintesis karbamoil fosfat dan kitaran urea bergantung kepada kehadiran asid N-asetilglutamat (NAcGlu), yang secara alosterik mengaktifkan CPS1. NAcGlu ialah pengaktif mesti bagi karbamoil fosfat sintesase. Sintesis NAcGlu oleh<i id="mwATk">N</i>-asetilglutamat sintase (NAGS) dirangsang oleh kedua-dua Arg, perangsang alosterik NAGS, dan Glu, produk dalam tindak balas transaminasi dan salah satu substrat NAGS, yang kedua-duanya meningkat apabila asid amino bebas dinaikkan. Maka, Glu bukan sahaja merupakan substrat bagi NAGS tetapi juga berfungsi sebagai pengaktif untuk kitaran urea.

Kepekatan substrat 
Baki enzim kitaran dikawal oleh kepekatan substratnya. Oleh itu, kekurangan terwaris dalam enzim kitaran selain ARG1 tidak menyebabkan penurunan ketara dalam pengeluaran urea (jika mana-mana enzim kitaran hilang sepenuhnya, kematian berlaku sejurus selepas kelahiran). Sebaliknya, substrat enzim yang kekurangan terkumpul, meningkatkan kadar tindak balas kekurangan kepada normal.

Walau bagaimanapun, pembentukan substrat yang tidak normal ini ada harganya. Kepekatan substrat ternaik sepanjang perjalanan kembali ke kitaran kepada , mengakibatkan hiperammonemia (meningkatkan []P).

Walaupun punca keracunan  tidak difahami sepenuhnya, jumlah  [] yang tinggi memberi tekanan yang besar terhadap pembersihan , terutamanya dalam otak (gejala kekurangan enzim kitaran urea termasuk ketidakupayaan intelektual dan kelesuan). Sistem pembersihan ini melibatkan GLUD1 dan GLUL yang mengurangkan kumpulan 2-oksoglutarat (2OG) dan Glu. Otak paling sensitif terhadap kekurangan kolam ini. Pengurangan 2OG mengurangkan kadar kitaran asid sitrik, manakala Glu ialah neurotransmiter serta pendahulu kepada GABA, satu lagi neurotransmiter.

Pautan dengan kitaran asid sitrik 
Kitaran urea dan kitaran asid sitrik adalah kitaran bebas tetapi berkait. Salah satu atom nitrogen dalam kitaran urea diperoleh daripada transaminasi oksaloasetat kepada aspartat. Fumarat yang dihasilkan dalam langkah tiga juga merupakan perantaraan dalam kitaran asid sitrik dan dikembalikan kepada kitaran tersebut.

Imej tambahan

Rujukan 

Kitaran nitrogen