Urea cycle

యూరియా సైకిల్

లక్ష్యం

• ఈ ఉపన్యాసం ముగింపులో, విద్యార్థి చేయగలరు

– యూరియా చక్రాన్ని వివరించండి

– యూరియా చక్రం యొక్క ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

క్షీరదాలలో అమైనో యాసిడ్ క్యాటాబోలిజం యొక్క అవలోకనం

యూరియా సైకిల్

• యూరియా చక్రం / క్రెబ్స్-హెన్సెలీట్ చక్రం

• యూరియా అనేది ప్రోటీన్ జీవక్రియ యొక్క తుది ఉత్పత్తి (అమినో యాసిడ్ మెటబాలిజం)

• అమైనో ఆమ్లాల నైట్రోజన్ అమ్మోనియాగా మారుతుంది

• అమ్మోనియా శరీరానికి విషపూరితమైనది మరియు అందువల్ల యూరియాగా మార్చబడుతుంది మరియు నిర్విషీకరణ చేయబడుతుంది

• యూరియా సంశ్లేషణ అనేది ఐదు విభిన్న ఎంజైమ్‌లతో కూడిన ఐదు-దశల చక్రీయ ప్రక్రియ

• మొదటి రెండు ఎంజైములు మైటోకాండ్రియాలో ఉండగా మిగిలినవి సైటోసోల్‌లో ఉన్నాయి

• యూరియా కాలేయంలో సంశ్లేషణ చేయబడుతుంది మరియు మూత్రంలో విసర్జన కోసం మూత్రపిండాలకు రవాణా చేయబడుతుంది

• యూరియా సైకిల్‌ను హన్స్ క్రెబ్స్ మరియు కర్ట్ హెన్‌సెలీట్ (1932) విశదీకరించారు, అందుకే దీనిని క్రెబ్స్-హెన్‌సెలీట్ సైకిల్ అని పిలుస్తారు.

• యూరియా రెండు అమైనో (-NH _{2 ) సమూహాలను కలిగి ఉంది, ఒకటి NH}₃ నుండి తీసుకోబడింది మరియు మరొకటి అస్పార్టేట్ & కార్బన్ అణువు నుండి CO _{2 ద్వారా సరఫరా చేయబడుతుంది.}

• యూరియా చక్రం మరియు TCA చక్రం మధ్య పరస్పర సంబంధం

దశ I: కార్బమోయిల్ ఫాస్ఫేట్ సంశ్లేషణ

• కార్బమోయిల్ ఫాస్ఫేట్ సింథేస్ I (CPS-l) CO _{2 తో NH}₃ అయాన్ల ఘనీభవనాన్ని కార్బమోయిల్ ఫాస్ఫేట్‌గా ఏర్పరుస్తుంది

• ఈ దశ 2 ATPని వినియోగిస్తుంది మరియు ఇది కోలుకోలేనిది మరియు రేటు-పరిమితి

• CPS I దాని కార్యాచరణ కోసం N-acetylglutamate అవసరం

• మైటోకాండ్రియాలో జరుగుతుంది

• CPS-I అనేది యూరియా చక్రం యొక్క రేటు-పరిమితం చేసే ఎంజైమ్, దాని అలోస్టెరిక్ యాక్టివేటర్ N- ఎసిటైల్ గ్లుటామేట్ సమక్షంలో మాత్రమే చురుకుగా ఉంటుంది , ఇది ATP కోసం సింథేస్ యొక్క అనుబంధాన్ని పెంచుతుంది.

దశ II. సిట్రులైన్ ఏర్పడటం

• సిట్రుల్లైన్ కార్బమోయిల్ ఫాస్ఫేట్ మరియు ఆర్నిథైన్ నుండి ఆర్నిథైన్ ట్రాన్స్‌కార్బమోయిలేస్ ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడింది.

• ఆర్నిథైన్ పునరుత్పత్తి చేయబడుతుంది మరియు యూరియా చక్రంలో ఉపయోగించబడుతుంది

• కాబట్టి, దాని పాత్ర సిట్రిక్ యాసిడ్ చక్రంలో ఆక్సాలోఅసెటేట్‌తో పోల్చవచ్చు

• ఆర్నిథైన్ మరియు సిట్రులిన్ ప్రాథమిక అమైనో ఆమ్లాలు

• ఈ చర్యలో ఉత్పత్తి చేయబడిన సిట్రులిన్ ట్రాన్స్‌పోర్టర్ సిస్టమ్ ద్వారా సైటోసోల్‌కు రవాణా చేయబడుతుంది

దశ III. అర్గినోససినేట్ యొక్క సంశ్లేషణ

• అర్జినోససినేట్ సింథేస్ సిట్రులిన్‌ను అస్పార్టేట్‌తో ఘనీభవించి అర్జినోససినేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

• యూరియా యొక్క రెండవ అమైనో సమూహం ఈ చర్యలో చేర్చబడింది.

• ఈ దశకు AMP మరియు పైరోఫాస్ఫేట్ (PPi)కి క్లీవ్ చేయబడిన ATP అవసరం.

• రెండోది వెంటనే అకర్బన ఫాస్ఫేట్ (పై)గా విభజించబడింది.

దశ IV. అర్జినోససినేట్ యొక్క చీలిక

• అర్జినిన్ మరియు ఫ్యూమరేట్ ఇవ్వడానికి అర్జినోసుసినేస్ అర్గినోససినేట్‌ను క్లీవ్ చేస్తుంది

• అర్జినైన్ యూరియాకు తక్షణ పూర్వగామి

• ఇక్కడ విముక్తి పొందిన ఫ్యూమరేట్ TCA చక్రం, గ్లూకోనోజెనిసిస్ మొదలైన వాటితో అనుసంధాన లింక్‌ను అందిస్తుంది

దశ V. యూరియా ఏర్పడటం

• అర్జినేస్ అనేది ఐదవ మరియు చివరి ఎంజైమ్, ఇది యూరియా మరియు ఆర్నిథైన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అర్జినైన్‌ను విడదీస్తుంది.

• ఆర్నిథైన్, కాబట్టి పునరుత్పత్తి, యూరియా చక్రంలో దాని పునర్వినియోగం కోసం మైటోకాండ్రియాలోకి ప్రవేశిస్తుంది

• కాలేయం చివరికి యూరియాను ఉత్పత్తి చేయగలదు

మొత్తం ప్రతిచర్య మరియు శక్తి

• యూరియా చక్రం తిరుగులేనిది మరియు 4 ATPని వినియోగిస్తుంది

• 2 ATP కార్బమోయిల్ ఫాస్ఫేట్ సంశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది

• 2 ATPకి సమానమైన అర్జినోసక్సినేట్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి 1 ATP AMP మరియు PPiగా మార్చబడుతుంది

• అందువల్ల 4 ATP వాస్తవానికి వినియోగించబడుతుంది

NH ₄ + + CO ₂ + అస్పార్టేట్ + 3ATP -----→ యూరియా + ఫ్యూమరేట్+ 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi

యూరియా చక్రం యొక్క నియంత్రణ

• CPS-l ద్వారా ఉత్ప్రేరకపరచబడిన మొదటి ప్రతిచర్య యూరియా సంశ్లేషణలో రేటు పరిమితి ప్రతిచర్య

• CPS-I N-ఎసిటైల్‌గ్లుటామేట్ ద్వారా అలోస్టెరికల్‌గా యాక్టివేట్ చేయబడింది మరియు హైడ్రోలేస్ ద్వారా క్షీణించబడుతుంది

• కాలేయంలో యూరియా సంశ్లేషణ రేటు N-acetylglutamate యొక్క గాఢతతో సహసంబంధం కలిగి ఉంటుంది

• అర్జినిన్ యొక్క అధిక సాంద్రతలు NAGని పెంచుతాయి, కాలేయంలో NAG స్థాయిని పెంచుతాయి, ఇది యూరియా సంశ్లేషణను మెరుగుపరుస్తుంది

యూరియా పారవేయడం

• కాలేయంలో ఉత్పత్తి చేయబడిన యూరియా స్వేచ్ఛగా వ్యాపిస్తుంది మరియు రక్తంలో మూత్రపిండాలకు రవాణా చేయబడుతుంది మరియు విసర్జించబడుతుంది

• _{యూరియా యొక్క చిన్న మొత్తంలో ప్రేగులలోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఇక్కడ అది CO 2} మరియు NH ₃ కు బ్యాక్టీరియా ఎంజైమ్ యూరియాస్ ద్వారా విచ్ఛిన్నమవుతుంది , ఈ అమ్మోనియా మలంలో పోతుంది లేదా రక్తంలోకి శోషించబడుతుంది.

• మూత్రపిండ వైఫల్యంతో, రక్తంలో యూరియా స్థాయి పెరుగుతుంది (యురేమియా), ఫలితంగా పేగులోకి ఎక్కువ యూరియా వ్యాప్తి చెందుతుంది.

• మూత్రపిండ వైఫల్యం ఉన్న రోగులలో హైపెరమ్మోనిమియా (పెరిగిన రక్తం NH _{3 ) సాధారణంగా కనిపిస్తుంది}

• ఆహారంలో ప్రధాన మార్పులు వ్యక్తిగత యూరియా సైకిల్ ఎంజైమ్‌ల సాంద్రతలను 10 రెట్లు నుండి 20 రెట్లు పెంచుతాయి

• ఆకలి, ఉదాహరణకు, ఎంజైమ్ స్థాయిలను పెంచుతుంది, బహుశా మెరుగైన ప్రోటీన్ క్షీణతతో కూడిన అమ్మోనియా యొక్క పెరిగిన ఉత్పత్తిని ఎదుర్కోవటానికి

జీవక్రియ రుగ్మతలు యూరియా చక్రం యొక్క ప్రతి ప్రతిచర్యతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి

• అన్ని రుగ్మతలు స్థిరంగా హైపెరమ్మోనిమియా మరియు టాక్సిసిటీకి దారితీస్తాయి

• యూరియా సైకిల్ ఎంజైమ్‌లలో లోపంతో సంబంధం ఉన్న క్లినికల్ లక్షణాలు వాంతులు, బద్ధకం, చిరాకు, అటాక్సియా మరియు మెంటల్ రిటార్డేషన్ ఉన్నాయి.

(1) మెటబాలిక్ పాత్‌వే ఎంజైమ్‌లోని అనేక ఎంజైమ్‌లలో ఏదైనా లోపాలు ఒకే విధమైన క్లినికల్ సంకేతాలు మరియు లక్షణాలకు దారితీయవచ్చు

(2) మెటబాలిక్ బ్లాక్‌కు ముందు పేరుకుపోయే మధ్యవర్తులు మరియు అనుబంధ ఉత్పత్తుల గుర్తింపు బలహీనమైన ప్రతిచర్యపై అంతర్దృష్టిని అందిస్తుంది

(3) ఖచ్చితమైన రోగనిర్ధారణకు లోపభూయిష్టంగా భావించే ఎంజైమ్ యొక్క కార్యాచరణ యొక్క పరిమాణాత్మక విశ్లేషణ అవసరం

(4) హేతుబద్ధమైన చికిత్స తప్పనిసరిగా సాధారణ మరియు బలహీనమైన వ్యక్తులలో అంతర్లీన జీవరసాయన ప్రతిచర్యల అవగాహనపై ఆధారపడి ఉండాలి