18.2氮的排泄及尿素循環在排尿素動物體中，聚積在肝細胞粒線體中的氨是經由尿素循環（ureacycle）轉變為尿素。此代謝途徑是在1932年由HansKrebs（他也發現了檸檬酸循環）以及一位醫學院學生KurtHenseleit所發現。尿素生成完全在肝臟發生，且運送至此的氨幾乎都被轉為尿素。尿素再經血液運輸至腎臟，再排入尿液中。P.723胺甲醯基磷酸為將活化的胺甲醯基帶入尿素循環的分子。此循環共有四個酵素反應步驟：首先，胺甲醯基磷酸將其胺甲醯基提供給鳥胺酸形成瓜胺酸，並釋出一個磷酸根（Pi）（圖18-10，步驟1）。鳥胺酸在此扮演的角色與檸檬酸循環中的草醯乙酸頗為相似，負責接受外來的物質。這個反應由鳥胺酸轉胺甲醯基酶（ornithinetranscarbamoylase）所催化進行，而所生成的瓜胺酸穿出粒線體到細胞質中。第二個胺基來自天冬胺酸（亦在粒線體中經由轉胺反應形成，再運至細胞質）。天冬胺酸的胺基和瓜胺酸的羰脲基（羰基）進行縮合反應產生精胺琥珀酸（圖18-10，步驟2）。此一細胞質中的反應是由精胺琥珀酸合成酶（argininosuccinatesynthetase）所催化，反應過程需要消耗ATP，且會歷經一個瓜胺基-AMP中間產物（圖18-11b）。精胺琥珀酸接著被精胺琥珀酸解離酶（argininosuccinase）分解（圖18-10，步驟3），產生游離的精胺酸和延胡索酸，後者可再進入粒線體中參與檸檬酸循環，是尿素循環中唯一的可逆反應。尿素循環的最後一個步驟（步驟4），細胞質中的精胺酸酶（arginase）將精胺酸分解為尿素（urea）和鳥胺酸；鳥胺酸會回到粒線體中進行下一回的尿素循環。圖18.10尿素循環以及提供胺基進入該循環的反應。圖18.10尿素循環以及提供胺基進入該循環的反應。由於精胺琥珀酸酶所產生的延胡索酸亦是檸檬酸循環裡的中間產物，因此原則上這兩個循環是可互相聯結的，併稱為Krebs雙循環（圖18-12）；亦即這兩個循環可獨立運作，也可藉粒線體和細胞質間關鍵中間產物的運送而彼此聯繫。檸檬酸循環中的許多酶，包括延胡索酸酶（延胡索酸水解酶）和蘋果酸去氫酶，在細胞質也都有異構酶存在。因此在細胞質合成精胺酸過程中產生的延胡索酸，亦可被轉換為蘋果酸，這些中間產物會在細胞質中進一步的代謝，或是進入粒線體中參與檸檬酸循環。在粒線體中經由草醯乙酸和麩胺酸之間的轉胺反應產生的天冬胺酸，則可被運送至細胞質中，並做為由精胺琥珀酸合成酶所催化的尿素循環反應之氮提供者。這些反應統合構成了天冬胺酸-精胺琥珀酸支徑（aspartate-argininosuccinateshunt），做為胺基酸碳骨架和胺基的不同代謝路徑之橋樑。機轉圖18.11尿素循環中獲得氮的反應。機轉圖18.11尿素循環中獲得氮的反應。圖18.12尿素循環和檸檬酸循環之間的聯結。圖18.12尿素循環和檸檬酸循環之間的聯結。為應付長時程的需求，尿素循環活性之調控，可藉改變肝臟中四個尿素循環使用的酶和胺甲醯基磷酸合成酶I的合成速率來達成。和攝取大量碳水化合物及脂質的動物相比，在饑餓和攝取高蛋白飲食的動物中，這五種的合成速率均較高。若飲食中不含蛋白質的動物，尿素循環所需的酶之產量也相對較少。短時程的調控則可透過一個關鍵酵素的異位調節來調整尿素循環的流動情況。胺甲醯基磷酸合成酶I是此代謝路徑中的第一個酶，可受到N-乙醯麩胺酸（N-acetylglutamate）的異位調控；而N-乙醯麩胺酸是由N-乙醯麩胺酸合成酶（N-acetylglutamatesynthase）將乙醯輔酶A和麩胺酸催化合成的（圖18-13）。在植物和微生物體中，此酶為催化麩胺酸轉化為精胺酸新合成路徑的第一個步驟（見圖22-10）；但在哺乳動物體中，肝臟的N-乙醯麩胺酸合成酶僅具單純的尿素循環調控功能（哺乳動物缺乏將麩胺酸轉化為精胺酸所需的其他酵素）。於穩定狀態下的N-乙醯麩胺酸含量，取決於麩胺酸與乙醯輔酶A（N-乙醯麩胺酸合成酶之受質）和精胺酸（N-乙醯麩胺酸合酶成的活化物，也是尿素循環的活化物）的濃度。圖18.13N-乙醯麩胺酸的合成，及其對於胺甲醯基磷酸合成酶I的活化。若單就尿素循環而言，1個尿素分子合成需要4個高能磷酸鍵（圖18-10）。2個ATP用於合成胺甲醯基磷酸，1個ATP用於合成精胺琥珀酸──此ATP先經焦磷酸裂解產生AMP和雙磷酸根（PPi），雙磷酸根再分解為2個磷酸根（Pi）。尿素循環的平衡方程式為：尿素循環同時也將草醯乙酸轉化為延胡索酸（經由天冬胺酸），但延胡索酸可經蘋果酸去氫酶的作用重新轉回草醯乙酸（圖18-12），並伴隨產生NADH。每個NADH分子在粒線體呼吸反應中可產生2.5個ATP分子，明顯的抵銷了尿素合成所消耗的能量。若參與於尿素生成的酶