Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

23.4: Ureumcyclus
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Urea Cycle
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

23.4: Urea Cycle

23.4: Ureumcyclus

The urea cycle describes how liver cells convert ammonia to urea. Ammonia is a toxic waste product of protein catabolism. Land animals must convert ammonia into the less toxic urea which can be safely eliminated by the kidneys through urine. Marine animals excrete ammonia directly, and the surrounding water dilutes the ammonia to safe levels.

There are five basic steps in the urea cycle:

  1. the conversion of ammonia (NH3) to carbamoyl phosphate
  2. the introduction of ornithine in the transformation of carbamoyl phosphate to citrulline
  3. the transformation of citrulline into arginosuccinate involving aspartate and chemical energy (ATP)
  4. the conversion of arginosuccinate into arginine with fumarate as a by-product
  5. the formation of urea and ornithine from arginine

Notice that ornithine is used in the second step and is regenerated in the last step. Since ornithine is recycled, the urea cycle is sometimes referred to as the ornithine cycle.

Elevated levels of blood ammonia, or hyperammonemia, results from an interruption of the urea cycle. This can occur at the organ level where scar tissue blocks the blood supply to the liver. Scar tissue, or cirrhosis, can result from chronic alcohol abuse, hepatitis B, or hepatitis C infection.

Within the liver cells, disruption of the urea cycle can also occur in any one of its five steps. Ornithine transcarbamylase deficiency (OTCD) is an inherited metabolic disorder that results in a full or partial enzyme deficiency in step 2, affecting the production of citrulline from ornithine and carbamoyl phosphate.

Hyperammonemia in adults, resulting from cirrhosis or late-onset metabolic disorders, can result in deficits in attention and other cognitive impairments. They are also at higher risk of death from liver failure. In neonates with early-onset enzyme deficiency, developmental delays can be expected. If not diagnosed and treated, these infants risk coma and death. How elevated ammonia damages the brain to produce cognitive and developmental delays is not yet fully understood; however, disturbances in amino acid and neurotransmitter levels, disruptions in ion channel function, and energy deficits in the brain have been proposed as possible mechanisms.

De ureumcyclus beschrijft hoe levercellen ammoniak omzetten in ureum. Ammoniak is een giftig afvalproduct van eiwitkatabolisme. Landdieren moeten ammoniak omzetten in het minder giftige ureum dat veilig via de urine door de nieren kan worden uitgescheiden. Zeedieren scheiden ammoniak rechtstreeks uit en het omringende water verdunt de ammoniak tot veilige niveaus.

Er zijn vijf basisstappen in de ureumcyclus:

  1. de omzetting van ammoniak (NH 3 ) in carbamoylfosfaat
  2. de introductie van ornithine bij de omzetting van carbamoylfosfaat in citrulline
  3. de omzetting van citrulline in arginosuccinaat met aspartaat en chemische energie (ATP)
  4. de omzetting van arginosuccinaat in arginine met fumaraat als bijproduct
  5. de vorming van ureum en ornithine uit arginine

Merk op dat ornithine wordt gebruikt in de tweede stap en wordt geregenereerd in de laatste stap. Omdat ornithine wordt gerecycled, is de ureumcyclus soms opnieuwovergedragen aan als de ornithine cyclus.

Verhoogde niveaus van ammoniak in het bloed, of hyperammoniëmie, zijn het gevolg van een onderbreking van de ureumcyclus. Dit kan gebeuren op orgaanniveau waar littekenweefsel de bloedtoevoer naar de lever blokkeert. Littekenweefsel of cirrose kan het gevolg zijn van chronisch alcoholmisbruik, hepatitis B- of hepatitis C-infectie.

Binnen de levercellen kan verstoring van de ureumcyclus ook optreden in een van de vijf stappen. Ornithinetranscarbamylasedeficiëntie (OTCD) is een erfelijke stofwisselingsziekte die resulteert in een volledige of gedeeltelijke enzymdeficiëntie in stap 2, waardoor de productie van citrulline uit ornithine en carbamoylfosfaat wordt beïnvloed.

Hyperammoniëmie bij volwassenen, als gevolg van cirrose of laat optredende stofwisselingsstoornissen, kan leiden tot aandachtstekorten en andere cognitieve stoornissen. Ze lopen ook een hoger risico op overlijden door leverfalen. Bij pasgeborenen met een vroeg optredende enzymdeficiëntie kunnen ontwikkelingsachterstanden worden verwacht. Indien niet gediagnosticeerd en behandeldd, deze baby's riskeren coma en overlijden. Hoe verhoogde ammoniak de hersenen beschadigt om cognitieve en ontwikkelingsachterstanden te veroorzaken, is nog niet volledig begrepen; echter, verstoringen in aminozuur- en neurotransmitterniveaus, verstoringen in ionkanaalfunctie en energietekorten in de hersenen zijn voorgesteld als mogelijke mechanismen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter