鳥氨酸循環

鳥氨酸循環(ornithine cycle)指氨與二氧化碳通過鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸生成尿素的過程。

體內氨的主要代謝去路是用於合成無毒的尿素。合成尿素的主要器官是肝臟，但在腎及腦中也可少量合成。尿素合成是經稱為鳥氨酸循環的反應過程來完成的。催化這些反應的酶存在於胞液和線粒體中。

（1）氨基甲醯磷酸的合成 氨基甲醯磷酸合成酶I(carbamoyl phosphate synthetaseI，CPS—1)催化氨和C02在肝臟線粒體中合成氨基甲醯磷酸。此為一耗能反應，需2分子ATP和Mg2+參與，N—乙醯谷氨酸(N—acetyl glutamatic acid，AGA)為CPS—工必需的變構激活劑。生成的含高能鍵的氨基甲醯磷酸有很強的反應活性。肝細胞中存在兩種氨基甲醯磷酸合成酶，上述的CPS—工存在於肝細胞線粒體中，以NH3為氮源，產物用於合成尿素。而另一種CPS—Ⅱ存在於肝細胞胞液中，以谷氨醯胺為氮源，生成的氨基甲醯磷酸是嘧啶合成的前體。

（2）瓜氨酸的合成 線粒體中的鳥氨酸氨基甲醯轉移酶(ornithine carbamoyl transferase，OCT)催化氨基甲醯磷酸與鳥氨酸縮合生成瓜氨酸。藉助線粒體內膜上的特異載體，鳥氨酸不斷由胞液轉進線粒體，而生成的瓜氨酸由線粒體轉入胞液。

（3）精氨酸的合成 瓜氨酸進入細胞漿，由精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosucclnate synthetase)，催化瓜氨酸與天冬氨酸縮合，為尿素合成提供第二個氨基。反應需要ATP和Mg2’，生成產物精氨酸代琥珀酸。後者經過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。

反應中生成的延胡索酸在胞液中類似三羧酸循環相似反應，先生成蘋果酸再脫氫生成草醯乙酸，後者再經轉氨基作用接受多種其他氨基酸的氨基生成天冬氨酸，天冬氨酸作為氨基載體又可參與精氨酸生成反應。

（4）精氨酸水解及尿素的生成 肝細胞中的精氨酸酶催化精氨酸水解生成尿素和鳥氨酸。

（1）合成主要在肝臟的線粒體和胞液中進行；

（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關鍵酶；

（4）尿素分子中的兩個氮原子，一個來源於NH3，一個來源於天冬氨酸。

解除氨毒的主要方式是在肝臟中經鳥氨酸循環合成尿素。肝功能嚴重損害時，尿素合成障礙，氨在血中積聚導致水平增高。增高的血氨進入腦將引起腦細胞損害和功能障礙，臨床上稱為肝性腦病或肝昏迷。這可能由於腦主要利用谷氨酸合成谷氨醯胺來消除增高的氨，並消耗大量。—酮戊二酸氨基化以補充谷氨酸，使三羧酸循環因中間產物α—酮戊二酸的減少而減弱，腦組織缺乏ATP供能而發生功能障礙。肝中尿素合成途徑的5個酶中任何一種有遺傳性缺陷，也會導致先天性尿素合成障礙及高血氨。降低血氨有助於肝性腦病的治療。常用的降低血氨的方法包括減少氨的來源如限制蛋白質攝人量、口服抗生素藥物抑制腸道菌；增加氨的去路如給予谷氨酸以結合氨生成谷氨醯胺等。

尿素的合成受多種因素的調控，主要影響因素如下：

1．食物的影響 如高蛋白膳食者尿素合成速度加快，排泄的含氮物中尿素佔80一90％。

2．氨基甲醯磷酸合成酶I的調控 氨基甲醯磷酸合成酶I為尿素合成關鍵酶，N—乙醯谷氨酸是該酶必需的變構激活劑。精氨酸增加可作為激活劑增高N—乙醯谷氨酸合成酶活性，促進尿素合成。

3．鳥氨酸循環中酶系的調節作用 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶，其活性改變可調節尿素的合成速度。