วัฏจักรยูเรีย

วัฏจักรยูเรีย (อังกฤษ: urea cycle) หรือวัฏจักรออร์นีไธน์ (อังกฤษ: ornithine cycle) เป็นวัฏจักรที่ประกอบด้วยปฏิกิริยาชีวเคมีที่ผลิตยูเรีย (NH2)2CO จากแอมโมเนีย (NH3) วัฏจักรนี้พบในชิ่งมีชีวิตยูเรออเทลิก (ureotelic; สิ่งมีชีวิตที่ขับถ่ายไนโตรเจนในรูปของยูเรีย) โดยวัฏจักรยูเรียจะเปลี่ยนแอมโมเนียซึ่งมีความเป็นพิษสูงไปเป็นยูเรียเพื่อนำไปขับถ่าย[1] วัฏจักรนี้เป็นวัฏจักรเมตาบอลิกแรกที่ถูกค้นพบ (โดยฮานส์ เครบส์ และ เคิร์ท เฮนเซเลท ในปี 1932) ห้าปีก่อนหน้าการค้นพบวัฏจักรกรดซิตริก ต่อมาวัฏจักรยูเรียได้มีการอธิบายลงรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังโดยแรทเนอร์ (Ratner) และคอเฮ็น (Cohen) วัฏจักรยูเรียเกิดขึ้นหลัก ๆ ในตับ และบ้างในไต

หน้าที่

คาทาบอลิสซึมของกรดอะมิโนให้ขอเสียเป็นแอมโมเนีย สัตว์ทุกชนิดจำเป็นต้องหาวิธีในการขับถ่ายสิ่งนี้ออก สัตว์น้ำส่วนใหญ่หรือสิ่งมีชีวิตแอมโมโนเทลิก (ammonotelic) ขับถ่ายแอมโมเนียออกโดยตรงโดยไม่ต้องเปลี่ยนเป็นสารอื่นก่อน[1] สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถกำจัดไนโตรเจนในรูปแอมโมเนียได้อย่างง่ายดายและปลอดภัยจะแปลงแอมโมเนียเป็นสารที่เป็นพิษต่ำกว่า เช่น ยูเรีย หรือ กรดยูริก ผ่านวัฏจักรยูเรีย ที่เกิดขึ้นหลัก ๆ ภายในตับ ยูเรียที่ผลิตโดยตับนั้นจะถูกปล่อยเข้ามาในกระแสเลือดและส่งต่อไปยังไตและในที่สุดจะถูกขับถ่ายออกในปัสสาวะ วัฏจักรยูเรียจึงจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้ เพราะหากไนโตรเจนหรือแอมโมเนียไม่ถูกกำจัดออกอาจเป็นภัยร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้[2] ในสปีชีส์เช่นนกและแมลงส่วนใหญ่นั้นแอมโมเนียจะถูกแปลงเป็นกรดยูริกหรือตู่เบสของกรดยูริก (เกลือยูเรต; urate salt) ที่ซึ่งจะขับถ่ายออกในรูปของแข็ง

ปฏิกิริยา

กระบวนการทั้งหมดเป็นการแปลงหมู่อะมิโนสองหมู่ จาก NH+
4 และจาก แอสปาร์เตต กับอะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอมจาก HCO−
3 ให้กลายเป็นผลผลิตสำหรับขับถ่ายที่ไม่มีความพิษสูง ยูเรีย โดยใช้พลังงานจากพันธะฟอสเฟตพลังงานสูง (ATP 3 โมเลกุล ซึ่งจะถูกไฮโดรไลส์เป็น ADP 2 โมเลกุล และ AMP 1 โมเลกุล) การแปลงจากแอมโมเนียเป็นยูเรียนี้เกิดขึ้นผ่านห้าขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือการนำแอมโมเนียเข้าในวัฏจักร ส่วนอีกสี่ั้นนั้นคือวัฏจักรยูเรียสี่ขั้นตอน ในการเข้าสู่วัฏจักร แอมโมเนียจะถูกแปลงเป็นคาร์บอมิลฟอสเฟต (carbamoyl phosphate) วัฏจักรยูเรียนั้นประกอบด้วยปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์เร่งสี่ปฏิกิริยา ซึ่งเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียหนึ่งขั้นและอีกสามขั้นเกิดในไซโทซอลของเซลล์[1]

ปฏิกิริยาในวัฏจักรยูเรีย
ขั้นที่ สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ ตัวเร่งและเอนไซม์ สถานที่
1 NH3 + HCO−
3 + 2ATP		 carbamoyl phosphate + 2ADP + Pi CPS1 ไมโทคอนเดรีย
2 carbamoyl phosphate + ornithine citrulline + Pi OTC, สังกะสี, ดีบุกทางชีวภาพ (biotin) ไมโทคอนเดรีย
3 citrulline + aspartate + ATP argininosuccinate + AMP + PPi ASS ไซโทซอล
4 argininosuccinate arginine + fumarate ASL ไซโทซอล
5 arginine + H2O ornithine + urea ARG1, manganese ไซโทซอล
ปฏิกิริยาในวัฏจักรยูเรีย

1 L-ornitine
2 carbamoyl phosphate
3 L-citrulline
4 argininosuccinate
5 fumarate
6 L-arginine
7 urea
L-Asp L-aspartate
CPS-1 carbamoyl phosphate synthetase I
OTC Ornithine transcarbamoylase
ASS argininosuccinate synthetase
ASL argininosuccinate lyase
ARG1 arginase 1

ความเกี่ยวโยงกับวัฏจักรกรดซิตริก

วัฏจักรยูเรียและวัฏจักรกรดซิตริกนั้นเป็นอิสระต่อกันแต่มีความเกี่ยวโยงกัน หนึ่งในไนโตรเจนในวัฏจักรยูเรียนั้นได้รับมาจากกระบวนการทรานสะมีเนชัน (transamination) ของออกซาโลอะซีเตต (oxaloacetate) ไปเป็นแอสปาร์เตต (aspartate)[3] ส่วนฟูมาเรต (fumarate) ที่ผลิตในขั้นที่สามของวัฏจักรยูเรียนั้นยังคงเป็นสารมัธยันตร์ (intermediate) ในวัฏจักรกรดซิตริกและกลับคืนไปยังวัฏจักรนั้น[3]

ความผิดปกติที่เกี่ยวข้อง

รายชื่อโรคเดี่ยว

  • ภาวะบกพร่องเอนไซม์ N-Acetylglutamate synthase (NAGS)
  • ภาวะบกพร่องเอนไซม์ Carbamoyl phosphate synthetase (CPS)
  • ภาวะบกพร่องเอนไซม์ Ornithine transcarbamoylase (OTC)
  • Citrullinemia Type I (ภาวะบกพร่องเอนไซม์ argininosuccinic acid synthase)
  • Argininosuccinic aciduria (ภาวะบกพร่องเอนไซม์ argininosuccinic acid lyase)
  • Argininemia (ภาวะบกพร่องเอนไซม์ arginase)
  • กลุ่มอาการ Hyperornithinemia, hyperammonemia, homocitrullinuria (HHH) (ภาวะบกพร่องตัวขนส่ง ornithine ในไมโทคอนเดรีย)

ภาพเพิ่มเติม

  • วัฏจักรยูเรีย
    วัฏจักรยูเรีย
  • วัฏจักรยูเรีย (ลงสี)
    วัฏจักรยูเรีย (ลงสี)

อ้างอิง

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Cox, Michael (2013-01-01). Lehninger Principles of Biochemistry. Freeman. ISBN 9781429234146. OCLC 901647690.
  2. ↑ คำเตือนการอ้างอิง: <ref> tag with name :122 cannot be previewed because it is defined outside the current section or not defined at all.
  3. ↑ 3.0 3.1 Shambaugh, G. E. (1977-12-01). "Urea biosynthesis I. The urea cycle and relationships to the citric acid cycle". The American Journal of Clinical Nutrition. 30 (12): 2083–2087. doi:10.1093/ajcn/30.12.2083. ISSN 0002-9165. PMID 337792.

แหล่งข้อมูลอื่น