尿素回路

尿素回路（にょうそかいろ、Urea cycle）、またはオルニチン回路(Ornithine cycle)は、ほとんどの脊椎動物に見られる代謝回路のひとつ。肝臓細胞のミトコンドリアと細胞質において発現し、アンモニアから尿素を生成する^[1]。最初に発見された代謝回路であり、1932年にハンス・クレブスとクルツ・ヘンゼライトによって発見された（クレブスのクエン酸回路は1937年に発見）。

回路の調節

尿素回路の反応速度はN-アセチルグルタミン酸の濃度に依存している。なぜなら第一段階の反応であるアンモニアと炭酸からカルバモイルリン酸を生成する反応を触媒する酵素：カルバモイルリン酸シンテターゼ I (CPS I)は、N-アセチルグルタミン酸によってアロステリックに活性化されるためである。

アミノ酸分解の速度が上がるとその脱アミノ反応によりグルタミン酸の合成速度が上がり、これがシグナルとなってN-アセチルグルタミン酸の合成速度が上がる。その結果、CPS I が活性化されて尿素回路が活発になる。N-アセチルグルタミン酸はグルタミン酸N-アセチルトランスフェラーゼによってグルタミン酸とアセチルCoAから合成され、特異的ヒドラーゼによって分解される。

尿素回路の反応系

反応系の第4段階で生成したフマル酸はクエン酸回路と同じ経路でオキサロ酢酸に変えられ糖新生に使われる。

段階	反応物	生成物	酵素				場所
段階	反応物	生成物	酵素名	略号	EC番号	補因子	場所
1	アンモニア + 炭酸 + 2ATP	2ADP + リン酸 + カルバモイルリン酸	カルバモイルリン酸シンテターゼI	CPS I	6.3.4.16		ミトコンドリア
2	カルバモイルリン酸 + オルニチン	シトルリン + リン酸	オルニチントランスカルバモイラーゼ	OTC	2.1.3.3		ミトコンドリア
3	シトルリン + アスパラギン酸 + ATP	AMP + ピロリン酸 + アルギニノコハク酸	アルギニノコハク酸シンテターゼ	ASS	6.3.4.5		細胞質基質 (ミトコンドリア外)
4	アルギニノコハク酸	フマル酸 + アルギニン	アルギニノコハク酸リアーゼ	ASL	4.3.2.1
5	アルギニン + 水	尿素 + オルニチン	アルギナーゼ	ARG I	3.5.3.1	Mn

尿素回路の反応

１L-オルニチン
2 カルバモイルリン酸
3 L-シトルリン
4 アルギニノコハク酸
5 フマル酸
6 L-アルギニン
7 尿素
L-Asp L-アスパラギン酸
CPS-1 カルバモイルリン酸シンターゼI
OTC オルニチントランスカルバモイラーゼ
ASS アルギニノコハク酸シンターゼ
ASL アルギニノコハク酸リアーゼ
ARG1 アルギナーゼ1

総括反応式

1段階目の NH⁺₄ + HCO⁻₃ はNH₃ + CO₂ + H₂Oに等価である。

故に、尿素回路の総括反応式は、

NH₃ + CO₂ + アスパラギン酸 + 3 ATP + 3 H₂O → 尿素 + フマル酸 + 2 ADP + 2 P_i + AMP + PP_i + H₂O

フマル酸とアンモニアはアスパラギン酸に変換され、同時にPP_i + H₂O → 2 P_iの反応が起きるので、これも含めると、

2 NH₃ + CO₂ + 3 ATP + 3 H₂O → 尿素 + 2 ADP + 4 P_i + AMP

カルバモイルリン酸合成酵素(CPS)

真核生物には、カルバモイルリン酸合成酵素I (CPS I)_(英) とカルバモイルリン酸合成酵素II (CPS II)_(英) の2種類のカルバモイルリン酸合成酵素がある。ミトコンドリアにあるCPS Iはアンモニアからカルバモイルリン酸を合成して尿素回路にそれを供給し、サイトゾルにあるCPS IIはグルタミンのアミノ基からカルバモイルリン酸を合成してオロト酸を経由するピリミジン塩基の生合成経路に供給している。

尿素回路
概要
分類および外部参照情報
ICD-9-CM	270.6
OMIM	237300
DiseasesDB	32671
eMedicine	ped/314
MeSH	D020165
KEGG 疾患	H00164
[ウィキデータで編集]

カルバモイルリン酸合成酵素I欠損症_(英)では、カルバモイルリン酸合成酵素I が不足して高アンモニア血症や精神症状を呈することがある。常染色体劣性遺伝による先天性代謝異常症。

出典

[脚注の使い方]

^ 『ベーシック生化学』化学同人、2009年、212頁。ISBN 978-4-7598-1176-6。

外部リンク

The chemical logic behind the urea cycle
オルニチン研究会「オルニチンサイクル」

代謝、異化、同化

一般

代謝経路
代謝ネットワーク（英語版）
栄養的分類

エネルギー代謝
（英語版）

好気呼吸	解糖系 → ピルビン酸脱炭酸反応 → クエン酸回路 → 酸化的リン酸化 (電子伝達系 + ATP合成酵素)
嫌気呼吸	酸素以外の電子受容体
発酵	解糖系 → 基質レベルリン酸化 ABE エタノール乳酸発酵

特定経路

タンパク質代謝（英語版）

タンパク質合成
異化（英語版）

炭水化物代謝
(炭水化物異化
and 同化)

ヒト

解糖系 ⇄ 糖新生
グリコーゲン分解 ⇄ グリコーゲン合成
ペントースリン酸経路フルクトース分解（英語版）ガラクトース分解（英語版）
グリコシル化 N-結合型 O-結合型

非ヒト

光合成酸素非発生型光合成（英語版）化学合成炭素固定
キシロース代謝（英語版） Radiotrophic fungus（英語版）

脂質代謝
(脂肪分解,
脂質生合成)

脂肪酸代謝（英語版）	脂肪酸分解（英語版） (β酸化) 脂肪酸合成
他	ステロイド代謝（英語版）スフィンゴ脂質代謝（英語版）イコサノイド代謝（英語版）ケトーシスコレステロール逆転送（英語版）