鸟氨酸循环（1932年H．Krebs等提出的循环方式）

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更新时间：2023-05-22
鸟氨酸循环
1932年H．Krebs等提出的循环方式
尿素的生成分为三个阶段，首先是鸟氨酸与C02和氨结合生成瓜氨酸，然后瓜氨酸再与氨结合生成精氨酸，最后在精氨酸酶的作用下，精氨酸水解生成尿素和鸟氨酸。鸟氨酸再重复上述循环过程。每经过一次循环，一分子C02和两分子氨合成一分子尿素。这个循环就是鸟氨酸循环。
基本信息
提出者
H．Krebs等
提出时间
1932年
别称
尿素循环
简要介绍
鸟氨酸循环(ornithinecycle)指氨与二氧化碳通过鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸生成尿素的过程。
体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素。合成尿素的主要器官是肝脏，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。
合成方法
（1）氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸合成酶I(carbamoylphosphatesynthetaseI，CPS—1)催化氨和C02在肝脏线粒体中合成氨基甲酰磷酸。此为一耗能反应，需2分子ATP和Mg2+参与，N—乙酰谷氨酸(N—acetylglutamaticacid，AGA)为CPS—工必需的变构激活剂。生成的含高能键的氨基甲酰磷酸有很强的反应活性。肝细胞中存在两种氨基甲酰磷酸合成酶，上述的CPS—工存在于肝细胞线粒体中，以NH3为氮源，产物用于合成尿素。而另一种CPS—Ⅱ存在于肝细胞胞液中，以谷氨酰胺为氮源，生成的氨基甲酰磷酸是嘧啶合成的前体。
乌氨酸循环
（2）瓜氨酸的合成线粒体中的鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase，OCT)催化氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合生成瓜氨酸。借助线粒体内膜上的特异载体，鸟氨酸不断由胞液转进线粒体，而生成的瓜氨酸由线粒体转入胞液。
（3）精氨酸的合成瓜氨酸进入细胞浆，由精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosucclnate synthetase)，催化瓜氨酸与天冬氨酸缩合，为尿素合成提供第二个氨基。反应需要ATP和Mg2’，生成产物精氨酸代琥珀酸。后者经过精氨酸代琥珀酸裂解酶(argininosucclnate，lyase)作用裂解生成精氨酸和延胡索酸。
反应中生成的延胡索酸在胞液中类似三羧酸循环相似反应，先生成苹果酸再脱氢生成草酰乙酸，后者再经转氨基作用接受多种其他氨基酸的氨基生成天冬氨酸，天冬氨酸作为氨基载体又可参与精氨酸生成反应。
（4）精氨酸水解及尿素的生成肝细胞中的精氨酸酶催化精氨酸水解生成尿素和鸟氨酸。
尿素合成的特点
（1）合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行；
（2）合成一分子尿素需消耗四分子ATP；
（3）精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶；
（4）尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。
解除氨毒的主要方式是在肝脏中经鸟氨酸循环合成尿素。肝功能严重损害时，尿素合成障碍，氨在血中积聚导致水平增高。增高的血氨进入脑将引起脑细胞损害和功能障碍，临床上称为肝性脑病或肝昏迷。这可能由于脑主要利用谷氨酸合成谷氨酰胺来消除增高的氨，并消耗大量。—酮戊二酸氨基化以补充谷氨酸，使三羧酸循环因中间产物α—酮戊二酸的减少而减弱，脑组织缺乏ATP供能而发生功能障碍。肝中尿素合成途径的5个酶中任何一种有遗传性缺陷，也会导致先天性尿素合成障碍及高血氨。降低血氨有助于肝性脑病的治疗。常用的降低血氨的方法包括减少氨的来源如限制蛋白质摄人量、口服抗生素药物抑制肠道菌；增加氨的去路如给予谷氨酸以结合氨生成谷氨酰胺等。
尿素的合成受多种因素的调控，主要影响因素如下：
1．食物的影响如高蛋白膳食者尿素合成速度加快，排泄的含氮物中尿素占80一90％。
2．氨基甲酰磷酸合成酶I的调控氨基甲酰磷酸合成酶I为尿素合成关键酶，N—乙酰谷氨酸是该酶必需的变构激活剂。精氨酸增加可作为激活剂增高N—乙酰谷氨酸合成酶活性，促进尿素合成。
3．鸟氨酸循环中酶系的调节作用精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶，其活性改变可调节尿素的合成速度。