سیستم چرخه اوره ای در بدن چگونه است؟

چرخه اوره ای (urea cycle) که به عنوان چرخه اورنیتین هم شناخته می شود ، یک فرآیند متابولیکی است که از طریق آن آمونیوم (NH4 +) ، تولید شده در طول کاتابولیسم اسیدهای آمینه ، به یک محصول دفع تبدیل می شود و از طریق ادرار به شکل اوره از بدن خارج می شود . بدن، آمونیاک حاصل از ‌اسید آمینه در کبد را بوسیله یک مکانیسم در بدن به چرخه‌ اوره ای تبدیل می‌کند.

شرح چرخه اوره ای در بدن

چرخه اوره ای در سلول های کبدی انجام شده و برای انجام شدن آن هم قسمت میتوکندری و هم قسمت سیتوزول مورد نیاز است. یون آمونیوم به کمک ناقل خود وارد میتوکندری می شود. CO₂ نیز وارد میتوکندری می شود. آمونیوم با CO₂ ترکیب شده و تحت تاثیر آنزیم کرباموئیل فسفات سنتاز نوع یک به کمک کوآنزیم ان استیل گلوتامات با استفاده از دو ATP، کرباموئیل فسفات را تولید می کند.

کرباموئیل فسفات سپس با اسید آمینه اورنیتین ترکیب می شود به این صورت که کرباموئیل فسفات با از دست دادن فسفات خود تحت تاثیر آنزیم اورنیتین ترانس کرباموئیلاز، اورنیتین به این ساختمان ترانسفر شده و در نهایت به اسید آمینه سیترولین تبدیل می شود.

سیترولین به کمک ناقل خارج شده و وارد فضای سیتوزول می شود. واکنش بعدی با اسید آمینه آسپارتات ترکیب می شود. در نهایت آرژینینو سوکسینات را تشکیل می دهد. سپس واکنش بعد آنزیم آرژیناز با مصرف آب، آرژینین را به اورنیتین و اوره تبدیل می کند. اورنیتین سپس توسط ناقل خود که اورنیتین ترانسلوکاز وارد میتوکندری شده و چرخه اوره ای ادامه پیدا میکند.

انسان یک موجود اورئوتلیک است. یعنی نیتروژن را به صورت اوره دفع می کند. علت آن این است که آمونیاک به شدت برای بدن سمی است. طی این واکنش آمونیاک سمی به اوره غیر سمی تبدیل شده و به سهولت از طریق کلیه ها دفع می شود.

اثر سمی آمونیاک روی بدن

آمونیاک در مغز با اسید آمینه گلوتامات واکنش داده و گلوتامین می سازد. درنتیجه غلظت گلوتامین را در مغز بالا می برد. فشار اسمزی مغز بالا رفته و آب جذب می شود. سپس مغز دچار ادم شده و فشار داخل آن افزایش می یابد. در همین لحظه است که علائم مسمومیت شروع می شود که شامل تاری دید، اختلال در تکلم، تهوع، استفراغ و در موارد کنترل نشده کما و مرگ است.

تنظیم چرخه اوره ای بدن

وقتی که پروتئین از غذا هضم می‌شود، به مولکول‌های کوچک به نام آمینو اسیدها تجزیه می‌شود که برای تمام سلول‌های بدن مورد نیاز است. اگر مقدار آمینو اسید در خون بیشتر از حد معمول وجود داشته باشد، به آمونیاک در کبد و سپس به اسید اوره تبدیل می‌شود، که از طریق ادرار از بدن دفع می‌شود. اگر اینها از بدن دفع نشود ایجاد مشکل خواهد کرد. قرص سدیم بنزوات برای تنظیم سطح آمونیاک بدن و چرخه اوره ای بدن می باشد. اگر برای کاهش سطح آمونیاک خون و تنظیم چرخه اوره بدن دنبال چاره هستید مصرف این دارو به درمان شما کمک خواهد کرد.

آنزیم های درگیر در چرخه اوره

آنزیم هایی که در “تثبیت” آمونیوم در اوره شرکت می کنند به شرح زیر است:

• کرباموئیل فسفات سنتتاز : که در سنتز کارباموئیل فسفات از یونهای بی کربنات و آمونیوم شرکت می کند.
• ترنكربامیلاز اورنیتین : که کاتالیز انتقال گروه کارباموئیل از کارباموئیل فسفات به اورنیتین و تشکیل سیترولین است.
• آرژینوسوسینات سنتتاز : که متراکم سیترولین را با یک مولکول آسپارتات کاتالیز می کند، آرژینینوسوکسینات را تشکیل می دهد.
• آرژینوسوکسینات لیاز یا آرژینینوسوکسینا : برای “برش” آرژینینوسوکسینات به آرژنین و فومارات ضروری است.
• آرژیناز : قادر به تبدیل آرژنین به اوره و اورنیتین است.

مراحل چرخه اوره در بدن

1. چرخه اوره ای در سلولهای کبدی اتفاق می افتد. زیرا کبد عضوی است که تمام یونهای آمونیوم تولید شده در بافتهای مختلف بدن در آن “کانال” می شوند.
2. پس از تولید اوره از آمونیاک ، از طریق جریان خون به کلیه ها منتقل می شود. در آنجا همراه با ادرار به عنوان مواد زائد دفع می شود.
3. این چرخه شامل 5 مرحله آنزیمی است. از این مراحل دو مرحله از آنها در میتوکندری سلولهای کبدی و 3 مرحله دیگر در سیتوزول اتفاق می افتد.

مرحله اول: مرحله بتونه کاری چرخه اوره

اولین چیزی که برای شروع چرخه اوره باید رخ دهد ، انتقال یونهای آمونیوم به کبد و به ماتریس میتوکندری سلولهای کبدی است.

یونهای آمونیوم می توانند از مولکولهای “حامل” مانند گلوتامات گرفته شوند. آنها می توانند از طریق اکسیداسیون اسید آمینه روده (با واسطه باکتریهای روده) یا از تجزیه عضلانی برخی پروتئینهای بدن حاصل شوند.

با این حال ، یونهای آمونیوم که در میتوکندری سلولهای کبدی تولید می شوند و درنهایت از طریق منبع اتصال با یونهای بی کربنات (HCO3-) تولید شده در هنگام تنفس میتوکندری ، در واکنش وابسته به ATP به سرعت به کارباموئیل فسفات تبدیل می شوند.

این واکنش (آغازگر یا واکنش فعال سازی) توسط آنزیم کارباموئیل فسفات سنتتاز I کاتالیز می شود. این واکنش نیاز به مصرف 2 مولکول ATP دارد. به شرح زیر:

یونهای آمونیوم (NH4 +) + یونهای بی کربنات (HCO3-) + 2ATP → کارباموئیل فسفات + 2ADP + Pi

مرحله دوم: معرفی اولین اتم نیتروژن در چرخه اوره

کارباموئیل فسفات به عنوان یک اهدا کننده گروه کارباموئیل فعال می شود و در واکنش دوم چرخه اوره شرکت می کند ، که شامل “اهدا” یا “تحویل” گروه کارباموئیل آن به اورنیتین (C5H12N2O2) است ، بنابراین تولید می کند یک ترکیب جدید به نام سیترولین (C6H13N3O3).

(1) Ornithine + Carbamoyl phosphate → Citrulline + Pi

این واکنش توسط آنزیم اورنیتین ترانس کربامیلاز کاتالیز می شود ، یک مولکول فسفات غیر آلی آزاد می شود و محصول حاصل ، سیترولین ، از ماتریس میتوکندری به سیتوزول “ارسال می شود”.

سیترولین غالباً در متون علمی به عنوان کارباموئیل-اورنیتین نامیده می شود تا بر این واقعیت تأکید شود که اورنیتین (نوعی آمینو اسید دیابازیک) مولکولی است که در ساختار اصلی آن اتمهای نیتروژن حمل می شود و از طریق چرخه اوره

مرحله سوم: معرفی اتم دوم نیتروژن در چرخه اوره

یک اتم نیتروژن دوم از آسپارتات وارد چرخه اوره می شود که با ترانس آمیناسیون در میتوکندری تولید می شود و به فضای سیتوپلاسمی منتقل می شود. این واکنش به لطف تراکم بین گروه آمینو آسپارتات و گروه کربونیل سیترولین صورت می گیرد.

در این مرحله آرژینینوسوکسینات در سیتوزول تشکیل می شود و واکنش توسط آنزیم آرژینووسوکینات سنتتاز کاتالیز می شود. در این فرآیند ، از یک مولکول ATP دیگر استفاده می شود و از طریق واسطه ای معروف به سیترولیل-AMP رخ می دهد.

(2a) Citrulline + ATP → Citrullyl-AMP + PPi (پیرو فسفات)

(2b) Citrullyl-AMP + Aspartate → Argininosuccinate + AMP

(3) آرژینینوسوکسینات → فومارات + آرژنین

در برخی متون این مراحل واکنش به عنوان 2a و 2b شناخته می شوند ، و واکنش سوم در واقع واکنش برگشت پذیر است که از طریق آن آرژینینوسوکسینات برش داده می شود تا آرژنین آزاد و فومارات آزاد شود ، به لطف عملکرد آنزیم آرژینینوسوکسینات. ، همچنین به عنوان آرژینینوسوکسینات لیاز شناخته می شود. فومارات می تواند وارد میتوکندری شود و بخشی از چرخه خربس باشد ، در حالی که آرژنین در چرخه اوره ادامه دارد.

مرحله چهارم: تولید اوره

آرژنین تولید شده در سیتوزول همانطور که قبلاً بحث کردیم به عنوان بستری برای آنزیمی که آخرین واکنش چرخه اوره را کاتالیز می کند ، عمل می کند: آرژیناز. این آنزیم مسئول “برش” آرژنین و در نتیجه تولید اوره و اورنیتین است.

مرحله پنجم: اورنیتین و اوره در انتهای چرخه اوره چه می شود؟

اورنیتین “بازسازی شده” از سیتوزول به میتوکندری منتقل می شود ، جایی که می تواند دوباره در دور دیگری از چرخه شرکت کند.

از طرف دیگر ، اوره توسط جریان خون به کلیه ها منتقل شده و با ادرار ترشح می شود.

اختلالات چرخه اوره در بدن

اختلالات یا مشکلات زیادی در چرخه اوره توصیف شده است، که مربوط به نقایص ژنتیکی مربوط به آنزیم هایی است که مراحل مختلف واکنش را کاتالیز می کنند و مسئول ایجاد شرایطی هستند که در مجموع به عنوان هایپرامونمی شناخته می شوند.

بیماران مبتلا به این اختلالات طیف سنی زیادی را شامل می شوند ، با این حال برخی از آنها علائم را در دوره نوزادی ، در دوران کودکی و در بلوغ مشاهده می کنند.

تشخیص بالینی این شرایط پاتولوژیک عمدتا با اندازه گیری غلظت آمونیاک در پلاسمای خون انجام می شود و تجمع آن به طور کلی به معنای توسعه آنسفالوپاتی است که برخی از آنها می توانند کشنده باشند یا عوارض عصبی مخربی ایجاد کنند.

شایعترین اختلال ، کمبود آنزیم اورنیتین ترانسکربامیلاز است که الگوی ارثی مرتبط با کروموزوم X دارد ، در حالی که بیماریهای مربوط به سایر آنزیمها بیماریهای اتوزوم مغلوب هستند که کمترین آنزیم آرژیناز در کمترین میزان آن است.