요소 회로

(요소 회로 반응도)CPS-1(carbamoyl phosphate synthetase-1, 조절의 핵심), OTC (ornithine transcarbamoylase), ASS(argininosuccinate synthetase), ASL(Argininosuccinate lyase), ARG1(Arginase)

요소 회로(Urea cycle, 또는 오르니틴 회로ornithine cycle)

단백질에 유비퀴틴이 붙어 프로테아좀에 의해 분해된 후, 유비퀴틴은 재활용 되고 단백질 조각들은 다시 단백질분해과정(proteolysis)을 겪는다. 이때, 단백질 조각들은 아미노산들로 분해되는데, 이러한 아미노산 속의 아미노기의 질소가 요소로 처리되는 과정은 요소 회로 대사경로(metabolic pathway)의 일예이다.

발견편집

요소는 요소 회로를 통해 형성된다. 요소 회로는 1932년 핸스 애돌프 크레브스쿠르트 헨젤라이트(Kurt Henseleit)에 의해 첫 순환 대사 경로로 밝혀졌다.

과정편집

요소 회로의 과정은 장소에 따라 크게 두 부분으로 나눌 수 있다.

미토콘드리아의 기질편집

우선 미토콘드리아의 기질(matrix)에서 일어나는 반응이다.
요소 회로의 시작은 자유 NH3와 HCO3-이 결합하여 카르바모일 인산(carbamoyl phosphate)을 형성하는 것으로부터 시작된다.
그리고 오르니틴 카르바모일기 이동효소(ornithine transcarbamoylase)가 촉매하여 카르바모일 인산의 카르바모일기가 오르니틴(ornithine)으로 이동되어 시트룰린(citrulline)을 형성한다.

세포질편집

이 시트룰린은 세포질로 운반되어, 아스파르트산과 축합해 아르기니노숙신산(argininosuccinate)을 형성한다.
이 과정은 아르기니노숙신산 합성효소에 의해 촉매되며 ATP가 쓰인다. 그 후 아르기니노숙신산 분해효소(argininosuccinase)가 아르기니노숙신산을 아르기닌푸마르산으로 쪼갠다. 마지막으로, 아르기닌 가수분해효소(arginase)에 의해 촉매되어 아르기닌이 요소와 오르니틴으로 가수분해된다. 이 오르니틴은 다시 미토콘드리아로 운반되어 다음 회로를 시작하고, 요소는 배출된다. 결국 요소의 한 질소 원자는 아미노산으로부터 오고, 다른 질소 원자는 NH4+로부터 온다.

요소회로와 시트르산회로의 링크회로편집

생화학적으로 다루어보아도 질소를 다루는 요소회로 주기는 시트르산 회로(TCA회로) 주기에서 질소를 트랜스아미네이션(transamination)할 수 있는 옥살로아세트산과 연결됨으로써 효율적으로 기능할 수 있다는 것을 짐작할 수 있는데 이는 옥살(로)아세트산이 아스파르트산으로 변형되어 이어서 요소회로의 아르기니노숙신산으로 진입할 수 있는 경로가 존재한다. 이렇게 진입된 아르기니노숙신산은 푸마르산으로 분리되며 요소회로에서 분기되어 말산(malate)으로 생성되어 다시 시트르산회로(TCA회로)에 재진입하는 링크를 확보하게 된다고 보고된 바 있다.[1]

배출편집


요소배출성 동물편집

아미노산의 분해로 형성된 NH4+의 일부는 질소 화합물의 생합성에 쓰이지만, 거의 대부분의 육상 척추동물은 요소로 전환하여 밖으로 배출한다. 이런 동물들을 요소배출성(ureotelic) 동물이라 한다.

암모니아배출성 동물편집

수생의 무척추동물 및 척추동물은 모두 암모니아 배출동물로서, 탈아미노기 반응에 의하여 생성되는 암모니아의 거의 대부분을 그대로 체외로 배출한다. 이런 동물들을 암모니아배출성(ammonotelic) 동물이라 한다.

요산배출성 동물편집

물을 구하기기가 힘든 지역에 사는 파충류나 조류, 곤충류들은 체내에서 생성된 암모니아를 충분히 희석시킬 정도의 물이 없기 때문에 이를 아주 딱딱하고 물에 녹지 않으며 독성이 아주 약한 요산의 형태로 배설한다.


요소회로 질환편집

요소회로의 결함이나 효소의 결핍에서 발생하는 질환을 말한다(urea cycle disorder or urea cycle defects).
주로 요소회로 효소 결핍증에 의한 것으로 시트룰린혈증, 아르기니노숙신산혈증, 아르기닌혈증 등을 포함한다.
고암모니아혈증(hyperammonemia)이 나타나며 구토, 경련, 발육장애 등이 일어난다. 이러한 질환에 대해 유전자수준의 해석이 활발하게 이루어지고 있다.

같이 보기편집

참고 문헌편집

  • Berg, Jeremy M; et al., Biochemistry (6th edition), Freeman, 2002.
  1. [참고](Am J Clin Nutr. 1977 Dec;30(12):2083-7. Urea biosynthesis I. The urea cycle and relationships to the citric acid cycle. Shambaugh GE 3rd.)https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/337792