Cykl mocznika lub cyklu ornityny jest cykl reakcji biochemicznych u gatunku urotéliques które produkują mocznika z amoniaku . Jest to pierwszy cykl metaboliczny zidentyfikowany już w 1932 roku przez Krebsa i Hensenleita. Cykl ten zachodzi w wątrobie , w obrębie hepatocytów okołowrotnych. Jedną z osobliwości tego cyklu jest to, że obejmuje on dwa przedziały subkomórkowe: cytozol i mitochondria . Po prawej, uproszczony schemat cyklu mocznikowego.
Cykl ten generuje protony H + , co wyjaśnia, dlaczego w przypadku niewydolności wątroby organizm ma skłonność do zasadowicy metabolicznej .
Te aminokwasy są trawione w żołądku pH kwasu i pepsyny i jelit przez proteazy.
Aminokwasy nie są magazynowane w organizmie, w przeciwieństwie do glukozy i lipidów . Organizm wypracował cały system, aby w jak największym stopniu wykorzystać nadmiar aminokwasów jako paliwo.
U zwierząt urotelicznych (zwłaszcza ssaków , w tym ludzi ) mocznik jest głównym produktem eliminacji metabolizmu azotu. Ureotelia jest charakterystyczna dla życia w powietrzu, podczas gdy amoniak jest charakterystyczny dla organizmów zwierząt wodnych.
Występują deficyty w cyklu mocznikowym, występujące zwykle po urodzeniu i polegające na deficycie aktywności jednego z pierwszych czterech enzymów w cyklu. Jest to poważna diagnoza (>50% śmiertelność). Zabieg polega na diecie zubożonej w proteiny, czasem, w zależności od przypadku, wzbogaconej o argininę. Jedna cząsteczka, fenylomaślan, umożliwia leczenie pewnych niedoborów poprzez unikanie cyklu mocznikowego poprzez kondensację z glutaminą do fenyloacetyloglutaminy, eliminowanej przez ultrafiltrację nerkową.
W mitochondriach An enzym , karbamyl fosforan syntetazy I CPS (I) wytwarza karbamylową fosforanu z amonowego jonu (NH 4 + ) ATP i dwutlenek węgla (CO 2 ). Ta reakcja przebiega w dwóch etapach, z których każdy zużywa cząsteczkę ATP. Karbamyl wprowadza atom węgla i atom azotu do przyszłej cząsteczki mocznika. CPS I musi być aktywowany przez N-acetyloglutaminian, efektor allosteryczny.
U niektórych zwierząt, w tym ryb dwudysznych , reakcja ta jest katalizowana przez CPS III. (NB CPS II bierze udział w syntezie zasad pirymidynowych, ten izoenzym jest cytozolowy.)
Powstały fosforan karbamylu następnie kondensuje z ornityną dając cytrulinę . Reakcja ta jest katalizowana przez transkarbamylazę ornityny (OTC). Cytrulina jest eksportowana do cytoplazmy przez ułatwioną dyfuzję .
Cytrulina kondensuje w obecności ATP z cząsteczką kwasu asparaginowego , która dostarcza drugi atom azotu mocznika. Enzym (syntaza arginobursztynianowa AS) wytwarza AMP z ATP, rozszczepienie, które umożliwia uwolnienie większej energii reakcji dla reakcji dzięki pirofosfatazie, która hydrolizuje powstały jon pirofosforanowy. Rzeczywiście, badanie energetyki reakcji pokazuje, że klasyczna hydroliza ATP do ADP nie zapewniłaby wystarczającej energii dla reakcji, ponieważ zmienność energii swobodnej między głównymi substratami a arginbursztynianem byłaby zbyt duża. Po drugie, AMP reaguje z cząsteczką ATP w cytoplazmie, aby zregenerować ADP: w końcu rzeczywiście zużywane są dwa ATP.
Następnie kwas arginobursztynowy jest przekształcany w argininę i kwas fumarowy przez liazę arginobursztynianową (AL).
Arginaza katalizuje hydrolizę argininy, ornityny i mocznika, poprzez spożywanie cząsteczkę wody. Ornityna jest w ten sposób regenerowana i może odzyskać mitochondria, aby utrwalić nową cząsteczkę karbamylofosforanu.
Cykl mocznikowy jest wykorzystywany przez organizm do detoksykacji amoniaku, cząsteczki neurotoksycznej. Inaktywacja przez mutacje enzymów cyklu mocznikowego jest przyczyną zaburzeń cyklu mocznikowego . Te zaburzenia genetyczne powodujące niedobór enzymów cyklu mocznikowego (głównie niedobór transkarbamylazy ornityny ) lub dysfunkcję wątroby skutkują nagromadzeniem amoniaku we krwi. Encefalopatia wątrobowa wynikające z tego hiperamonemii .
Wzrost stężenia mocznika bez wzrostu kreatyniny (podwyższony stosunek mocznika do kreatyny) u pacjenta z niedokrwistością sprzyja krwawieniu z górnego odcinka przewodu pokarmowego. Faktycznie, trawienie krwi uwalnia wiele aminokwasów odpowiedzialnych za wzrost mocznika pochodzenia pozanerkowego (stabilna kreatynina).