Reakcije 

1. Ornitin

2. Karbamil fosfat

3. Citrulin

4. Argininsukcinat

5. Fumarat

6. Arginin

7. Urea

L-Asp = Aspartat

CPS-1 = Karbamilfosfat sintetaza I

OTC = Ornitin transkarbamilaza

ASS = Argininsukcinat sintetaza

ASL = Argininsukcinat liaza

ARG1 = Arginaza 1

Ciklus uree počinje u mitohondriju prvom reakcijom

kondenzacijeamonijevog iona NH4+ s ionom hidrogenkarbonata HCO3

- i s jednom molekulom fosfata.

Ovu reakciju katalizira enzim karbamoil fosfat sintetaza I i kao konačni produkt formira se

molekula karbamil fosfata. U reakciji se troše dvije molekule ATP.

Slijedi druga reakcija kondenzacije karbamil fosfata s molekulom ornitinakoja daje citrulin kao produkt.

Ovu reakciju katalizira enzim ornitin transkarbamilaza.

Citrulin potom izlazi iz mitohondrija u citosol i spaja se s jednom molekulom aspartata i

formira arginin sukcinat. Ovu reakciju kondenzacije katalizira Argininsukcinat sintetaza.

Molekula arginin sukcinata se cijepa na arginin i fumarat od straneargininsukcinat liaze i fumarat

biva usmjeren u Krebsov ciklus kao prekursor za formiranje oksalacetata, koji se prethodno potrošio

za formiranje aspartata procesom transaminacije.

Posljednja reakcija je je cijepanje molekule arginina u ornitin i ureu od strane

enzima arginaze. Urea potom izlazi iz stanice i izlučuje se ukrvotok, koja je prenosi do bubrega gdje

biva otopljena u urinu i eliminirana. Ornitin se pak vraća u mitohondrij i ulazi u slijedeći ciklus.

U tablici niže ukratko su prikazane sve reakcije:

Reakcije u ciklusu uree

Reakcija Reaktanti Produkti Enzim Lokacija

1 NH4+ + HCO3

−+ 2ATP karbamil fosfat + 2ADP + PiKarbamoilfosfat sintetaza (CPS1)

mitohondrij

2karbamoil fosfat + ornitin

citrulin + Pi ornitin trankarbamilaza (OTC) mitohondrij

3 citrulin + aspartat + ATPargininsukcinat + AMP + PPi

Argininsukcinat sintetaza (ASS) citosol

4 argininsukcinat arginin + fumarat argininsukcinat liaza (ASL) citosol

5 arginin + H2O ornitin + urea arginaza (ARG1) citosol

Konačna stehiokemijska jednadžba ciklusa uree je:

NH4+ + HCO3

- + Aspartat + 3ATP + H2O → Urea + Fumarat + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi

Za napomenuti je da se tijekom ciklusa uree formiraju dvije molekule NADH, tako da je sam ciklus

oslobađa nešto više energije nego što je troši.

Prva molekula NADH dobije se djelovanjem enzima glutamat dehidrogenaze, koja katalizira

pretvorbu glutamata u amonijev ion i α-ketoglutarat, reducirajući pri tome NAD+ u NADH. Glutamat ima

u biti ulogu netoksičnog prenositelja amonijevih skupina. Amonijev ion potom ulazi u prvu reakciju

ciklusa uree. Tijekom četvrte reakcije ciklusa uree, fumarat izlazi iz mitohondrija u citosol i biva

convertiran u malat od strane enzima fumaraze u sklopu Krebsovog ciklusa. Malat se potom konvertira

u oksalacetat, generirajući jednu molekulu NADH. Oksalacetat se često koristi kao supstrat za

transaminaciju pretvarajući ga tako u aspartat, što pridonosi održavanju dotoka dušikovihspojeva u

ciklus uree. Oba reducirana NADH mogu dati dovoljno kemijske energije za proizvodnju 5

molekula ATP.

Regulacija ciklusa uree 

N-acetilglutaminska kiselina (NAcGlu) je molekula od koje ovisi sinteza karbamil fosfata, prvog

produkta ciklusa uree. Ona molekula ima ulogu aktivatora enzima Karbamoil fosfat sintetaze 1

(CPS1), koji katalizira prvu reakciju ciklusa. Molekula N-acetulglutaminske kiseline je proizvod

stimulacije enzima N-acetilglutamin sintetaze (NAGS). Eksperimentalno je utvrđeno da povećanje

koncentracije aminokiselina arginina  i glutamata ima ulogu aktivatora N-acetilglutamin sintetaze.

Povećanje koncentracije slobodnih aminokiselina stoga ima ulogu aktivatora ciklusa uree.

Ostali su enzimi ciklusa uree kontrolirani od strane vlastitih supstrata.

Amonijak je veoma toksično jedinjenje po organizam, dok ureja nije, i samim tim je neophodno da se amonija transformiše u oblik koji neće štetiti organizmu. Kako je ovo jedan od veoma bitnih metaboličkih procesa, bilo kakav defekt u reakciji ili reakcijama koje čine ciklus, može dovesti do veoma ozbiljnih poremećaja. Jedan od najzapaženijih defekta ciklusa je akumulacija amonije ububrezima, koji dovode do hiperamonemične encefalopatije.

Zdravstveni problemi

Toksičnost NH4+ i mehanizam kojim štetno deluje na organizam nije temeljno objašnjen. Ono što se

zna je da organizmu velike količine NH4+ molekula u krvnim sudovima šteti. Izrazito osetljiv na

koncentraciju NH4+ u krvotoku je mozak. Bilo kakav poremećaj u ciklusu, dovodi do nagomilavanja

molekula NH4+, i za posledicu ima mentalnu retardaciju i letargiju. Bolesti najšenjće povezane sa

defektom ovog ciklusa su Citrulinemija i Hiperamonemija.

Citrulinemija

Hiperamonemija

Kao što sama reč govori, hiperamonemija je metabolički defekt u kojem dolazi do akumulacije

prevelike količine amonijeu krvi. Hiperamonemija je veoma ozbiljno stanje, i ukoliko nije pod kontrolom

vodi do encefalopatije i smrti. Amonijak je jedinjenje koje sadrži azot.Produkt je katabolizma proteina.

Pre izlučivanja iz organizma putem urina iz bubrega, amonija se prerađuje u ureu, po organizam

manje toksično jedinjenje. Prerada amonije u ureu je glavni cilj ciklusa ureje.

Hiperamonemija može biti primarnog ili sekundarnog oblika:

Primarna hiperamonemija je rezultat genetskog defekta koji za ishod ima ili smanjenu

aktivnost jednog od enzima koji reguliše ciklus, ili potpuni nedostatakj ednog od enzima. Ovo

rezultira u defektnom radu metabolizma ciklusa uree.

Sekundarna hiperamonemija je rezultat genetskog defekta nekog od molekula koji nije

direktno uključen u rad ciklusa uree, ali koji može znantno indirektnim putem da utiče na

verodostojnost rada ciklusa.