Ciclo de la urea

Ciclo de la urea

El ciclo de la urea es un proceso metabólico en el cual se procesan los derivados proteicos y se genera urea como producto final.

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Introducción[editar]

Si no se reutilizan para la síntesis de nuevos aminoácidos u otros productos nitrogenados, los grupos amino se canalizan a un único producto final de excreción. La mayoría de especies acuáticas, como por ejemplo los peces óseos, excretan el nitrógeno amínico en forma de amoníaco por lo que se les llama animales amonotélicos; la mayoría de animales terrestres son ureotélicos, excretan el nitrógeno amínico en forma de urea; las aves y también los reptiles son uricotélicos, excretan el nitrógeno amínico en forma deácido úrico.

En los organismos ureotélicos, el amoníaco depositado en las mitocondrias de los hepatocitos se convierte en urea mediante el ciclo de la urea.

Esta ruta fue descubierta en 1932 por Hans Krebs (que más tarde también descubriría el ciclo del ácido cítrico) y un estudiante médico asociado, Kurt Henseleit. La producción de urea tiene lugar casi exclusivamente en el hígado y representa el destino de la mayor parte del amoníaco allí canalizado. La urea pasa al torrente sanguíneo y de ahí a los riñones y se excreta en la orina.

Producción de urea a partir de amoníaco en cinco pasos enzimáticos[editar]

El ciclo de la urea empieza en el interior de las mitocondrias del hígado, si bien tres de los pasos siguientes tienen lugar en el citosol; por tanto, el ciclo abarca dos compartimientos celulares. El primer grupo amino que entra en el ciclo de la urea proviene del amoníaco de la matriz mitocondrial, como resultado de las múltiples rutas descritas. Parte del amoníaco también llega al hígado vía vena porta a partir del intestino, en donde se produce por oxidación bacteriana de aminoácidos. Cualquiera que sea su origen, el NH4 generado en las mitocondrias hepáticas se utiliza inmediatamente junto con el CO2 (en forma de HCO3-) producido por la respiración mitocondrial, generando carbamoil fosfato en la matriz. Esta reacción dependiente de ATP es catalizada por la carbamoil fosfato sintetasa I, la enzima reguladora. La forma mitocondrial del enzima es distinta de la forma citosólica (II), que tiene una función diferente en la síntesis de pirimidinas. El carbamoil fosfato, que puede ser considerado como un donador activado del grupo carbamilo, entra ahora en el ciclo de la urea, que consta de cuatro pasos enzimáticos. En primer lugar, el carbamoil fosfato cede su grupo carbamilo a la ornitina para formar citrulina y libera Pi y tiene lugar a través de un intermedio citrulil-AMP'. La ornitina desempeña pues un papel similar al del oxalacetato en el ciclo del ácido cítrico, aceptando material en cada vuelta del ciclo. La reacción está catalizada por la ornitina transcarbamilasa, y la citrulina formada pasa de la mitocondria al citosol.

El segundo grupo amino se introduce a partir del aspartato (generado en la mitocondria por transaminación y transportado al citosol) mediante una reacción de condensación entre el grupo amino del aspartato y el grupo ureido (carbonilo) de la citrulina, que forma argininosuccinato. Esta reacción citosólica, catalizada por la argininosuccinato sintetasa, requiere ATP. A continuación, se corta reversiblemente el argininosuccinato por la argininosuccinato liasa, para formar arginina libre y fumarato, que entra en la mitocondria y se une a la reserva de intermedios del ciclo del ácido cítrico. En la última reacción del ciclo de la urea, el enzima citosólico arginasa corta la arginina dando urea y ornitina. La ornitina es transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.

Los enzimas de muchas rutas metabólicas están agrupados. El producto de un enzima se canaliza directamente al siguiente enzima de la vía. En el ciclo de la urea, los enzimas mitocondriales y citosólicos parecen estar agrupados de esta forma. La citrulina transportada al exterior de la mitocondria no se diluye en la reserva general de metabolitos del citosol sino que pasa directamente al centro activo de la argininosuccinato sintetasa. Esta canalización entre enzimas continúa para el argininosuccinato, arginina y ornitina. Sólo se libera la urea a la reserva general de metabolitos del citosol.

Reacciones del ciclo de la urea

Pasos Reactantes Productos Catalizado por Localización

1 2ATP + HCO3− + NH4+

carbamoil fosfato + 2ADP + Pi CPS1 mitocondria

2 carbamoil fosfato + ornitina

citrulina + Pi

OTC mitocondria

3 citrulina + aspartato + ATP

argininosuccinato + AMP + PPi

ASS citosol

4 argininosuccinato Arg + fumarato

ASL citosol

5 Arg + H2O

ornitina + urea

ARG1 citosol

Las reacciones del ciclo de la urea

1 L-ornitina

2 carbamil fosfato

3 L-citrulina

4 argininosuccinato

5 fumarato

6 L-arginina

7 urea

L-Asp L-aspartato

CPS-1 carbamil fosfato sintetasa I

OTC Ornitina transcarbamilasa

ASS argininosuccinato sintetasa

ASL argininosuccinato liasa

ARG1 Arginasa|arginasa 1

Ciclo de la urea. 1: Ornitina, 2: Citrulina, 3: Argininosuccinato, 4: Arginina.

Conexiones entre los ciclos del ácido cítrico y de la urea[editar]

Dado que el fumarato producido en la reacción de la argininosuccinato liasa es también un intermediario del ciclo del ácido cítrico, los ciclos están, en principio, interconectados –en un proceso conocido como el “doble ciclo de Krebs”-. Sin embargo, cada ciclo puede funcionar de manera independiente y la comunicación entre ellos depende del transporte de intermedios clave entre la mitocondria y el citosol. Varios enzimas del ciclo del ácido cítrico, incluyendo la fumarasa (fumarato hidratasa y la malato deshidrogenasa, también están presentes como isozimas en el citosol. El fumarato generado en la síntesis citosólica de arginina puede, por tanto, convertirse en malato y a continuación en oxalacetato en el citosol, y estos intermedios pueden seguir siendo metabolizados en el citosol o ser transportados a las mitocondrias para su utilización en el ciclo del ácido cítrico.

El aspartato formado en las mitocondrias por transaminación entre oxalacetato y glutamato puede ser transportado al citosol, en donde actúa como donador de nitrógeno en la reacción del ciclo de la urea catalizada por la argininosuccinato sintetasa. Estas reacciones, que constituyen la desviación del aspartato-argininosuccinato, proporcionan vínculos metabólicos entre las rutas separadas por las que se procesan los

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