요소 회로

요소 회로(urea cycle)는 간세포가 암모니아를 요소로 변환하는 방법을 설명합니다. 암모니아는 단백질 이화작용(catabolism)의 독성 폐기물입니다. 육지 동물은 암모니아를 독성이 적은 요소로 변환해 소변을 통해 콩팥에 의해 안전하게 제거될 수 있게 만들어야 합니다. 해양 동물은 암모니아를 직접 배설하고 주변의 물이 암모니아를 안전한 수준으로 희석합니다.

요소회로에는 5가지 기본 단계가 있습니다.

1. 암모니아(NH₃)를 카르바모일 인산(carbamoyl phosphate)으로 변환
2. 오르니틴(ornithine)을 도입해 카르바모일 인산을 시트룰린(citrulline)으로 변환
3. 아스파르트(aspartate)와 화학 에너지(ATP)를 사용해 시트룰린이 아르기노석신산(arginosuccinate; 아르기노숙신산)으로 변환
4. 아르기노석신산을 아르지닌(arginine; 아르기닌)으로 변환 (부산물인 푸마르산(fumarate) 생성)
5. 아르지닌에서 요소와 오르니틴의 형성

오르니틴은 두 번째 단계에서 사용되고 마지막 단계에서 재생됩니다. 오르니틴은 재활용되기 때문에, 요소회로는 오르니틴회로(ornithine cycle)라고도 합니다.

높아진 혈중 암모니아 즉, 고암모니아혈증(hyperammonemia)은 요소회로의 중단으로 인해 발생합니다. 이는 장기 수준에서 흉터 조직이 간으로의 혈액 공급을 차단하며 발생할 수 있습니다. 흉터 조직 또는 간경변(cirrhosis)은 만성 알코올 남용, B형 간염(hepatitis B) 또는 C형 간염(hepatitis C) 감염으로 인해 발생할 수 있습니다.

간 세포 내에서 요소회로의 붕괴는 앞서 말한 5단계 중 어느 단계에서도 일어날 수 있습니다. 오르니틴 트랜스카르바밀레이스 결핍증(ornithine transcarbamylase deficiency, 줄여서 OTCD; 오르니틴트랜스카바미라제결핍)은 2단계에서 전체 또는 부분 효소 결핍을 초래해 오르니틴과 카르바모일 인산에서 시트룰린을 생성하는 과정에 영향을 미치는 유전 대사 질환(inherited metabolic disorder)입니다.

간경화나 대사 질환으로 인한 성인의 고암모니아혈증은 주의력 및 기타 인지장애를 초래할 수 있습니다. 또 간 기능 상실로 인한 사망 위험도 더 높은 것으로 나타났습니다. 초기에 효소 결핍이 있는 신생아에서는 발달 지연을 예상할 수 있습니다. 진단과 치료를 받지 않으면 영아는 혼수상태와 사망에 이를 위험이 있습니다. 암모니아의 상승이 어떻게 뇌에 인지 손상 및 발달 지연을 일으키는지는 아직 밝혀지지 않았지만, 아미노산과 신경전달물질(neurotransmitter) 수치의 교란, 이온 채널 기능의 교란, 그리고 뇌의 에너지 결핍이 가능한 기작으로 제시되었습니다.