Cycle de l'urée

Le cycle de l’urée assure la détoxification de l’ammoniac, un sous-produit toxique du catabolisme des acides aminés, en le convertissant en urée excrétable dans les hépatocytes. Ce processus consomme un équivalent énergétique de quatre liaisons phosphates riches en énergie par molécule d’urée produite.

Vue d’ensemble du cycle

Le cycle de l’urée se déroule à la fois dans les mitochondries (étapes 1–2) et dans le cytosol (étapes 3–5) des cellules hépatiques. Il incorpore deux atomes d’azote — l’un provenant de l’ammoniac (NH₄⁺), l’autre de l’aspartate — dans l’urée (H₂N–CO–NH₂). L’ornithine circule entre les compartiments cellulaires en tant que molécule porteuse, tandis que le fumarate issu de l’étape 4 établit un lien avec le cycle de l’acide citrique via le shunt aspartate–argininosuccinate.

Étapes enzymatiques détaillées

Étape 1 (Mitochondries) : NH₄⁺ + HCO₃⁻ + 2 ATP → phosphate de carbamoyle + 2 ADP + Pi + H⁺, réaction catalysée par la carbamoyl-phosphate synthétase I (CPS1), activée allostériquement par le N-acétylglutamate (NAG).

Étape 2 (Mitochondries) : Phosphate de carbamoyle + ornithine → citrulline + Pi, via l’ornithine transcarbamylase (OTC) ; la citrulline est ensuite exportée vers le cytosol par un transporteur.

Étape 3 (Cytosol) : Citrulline + aspartate + ATP → argininosuccinate + AMP + PPi, réaction catalysée par l’argininosuccinate synthétase (ASS1), dont la vitesse dépend de la disponibilité des substrats.

Étape 4 (Cytosol) : Argininosuccinate → arginine + fumarate, réaction catalysée par l’argininosuccinate lyase (ASL) ; le fumarate est converti en malate, puis en aspartate.

Étape 5 (Cytosol) : Arginine + H₂O → urée + ornithine, réaction hydrolytique catalysée par l’arginase (ARG1), régénérant l’ornithine pour sa réentrée dans la mitochondrie.

Régulation et pathologies

La CPS1, enzyme limitante du cycle, répond au NAG (induit par un apport protéique élevé via la NAGS), avec un rétrocontrôle impliquant l’ornithine et la citrulline. Des déficits enzymatiques (par exemple une déficience en OTC) entraînent une hyperammoniémie, pouvant être traitée par dialyse, benzoate ou transplantation hépatique.

Bilan global : 2 NH₃ + CO₂ + 3 ATP + aspartate → urée + fumarate + 2 ADP + AMP + PPi + 2 Pi.