RUTA METABOLICA DEL CICLO DE LA UREA

RUTA METABOLICA DEL CICLO DE LA UREA

Introducción

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 sonureotélicos, excretan el nitrógeno amínico en forma de urea; las aves y también los reptiles sonuricotélicos, excretan el nitrógeno amínico en forma de ácido 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.

Que es la urea

Como ya hemos visto, la degradación o catabolismo de las proteínas dentro del cuerpo humano genera una serie de productos de desecho, entre ellos se encuentra el amoniaco. Éste es muy tóxico en mínimas dosis para el organismo y puede desembocar en síntomas graves y potencialmente fatales (síndrome urémico). Para evitar estos problemas los mamíferos transforman el amoníaco en otro compuesto menos tóxico, la urea, que se obtiene en un complejo ciclo de reacciones que tiene lugar en parte en el hialoplasma y en parte en la matriz mitocondrial y que se conoce como ciclo de la urea.

Una vez ha sido sintetizada en los hepatocitos difunde hasta la sangre. Durante el proceso de filtración renal es eliminada en grandes cantidades a través de la orina. Se encuentra en concentraciones bajas en el hígado, en la linfa o en la sangre. Su acumulación en sangre por encima de las concentraciones normales puede ser un signo de disfunción renal (con dietas hiperproteicas los valores sanguíneos suelen estar ligeramente elevados debido a un incremento del metabolismo de las proteínas). Su aumento puede ocasionar problemas de tipo digestivo: úlceras, malestar estomacal, vómitos.

Se forma en las células hepáticas después de unas complejas reacciones químicas controladas por distintas enzimas. Durante su síntesis se consume energía. La urea es mucho menos tóxica para el organismo que el amoniaco.

Reacciones:

1. El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.

2. El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.

3. El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido en la mitocondria por transaminación y posteriormente exportado al citosol) se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP y produce como intermediario de la reacción citrulil-AMP.

4. El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.

5. El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.

6. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.

En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas

Enzimas que intervienen en el ciclo de la urea

Dentro del ciclo de la urea hay que distinguir dos zonas en las que actúan las distintas enzimas: citoplasma y mitocondria. Las enzimas que actúan son las siguientes:

• Carbamil fosfato sintetasa: la función de esta enzima ocurre en la mitocondria y consiste en que el amonio se activa por el aporte energético de dos moléculas de ATP y se forma el carbamil fosfato. CPS técnicamente, no es una enzima del ciclo. Cataliza la condensación y activación de amonio y ácido carbónico (HCO3) para formar carbamoil fosfato, en donde se encuentra ya el primer nitrógeno de los dos que tendrá la urea. Esta reacción, necesita de la hidrólisis de 2 ATP. Los eucariontes tienen 2 formas de CPS, una mitocondrial (CPS I que usa amonio y participa en la biosíntesis de urea) y una citosólica (CPS II que usa glutamato y participa en la biosíntesis de pirimidina.

• Ornitina transcarbamilasa: el carbamil fosfato se condensa con la ornitina y aparece la citrulina.

Esta enzima transfiere el grupo carbamoil del carbamoil fosfato a laornitina, dando citrulina, ambos son α-aminoácidos no estándares(no ocurren el las proteínas). La reacción ocurre en la mitocondria,la ornitina, es producida en el citoplasma, por lo cual entra a lamitocondria por un transportador específico. Las reaccionessucesivas del ciclo, ocurren en el citoplasma, por lo cual la citrulinadebe exportarse desde la mitocondria

• Arginosuccínico sintetasa: el segundo nitrógeno necesario para la formación de la urea lo aporta el ácido aspártico que se condensa con la citrulina, dando lugar al ácido arginosuccínico. Esta reacción ya ocurre en el citoplasma.

El segundo nitrógeno de la urea es introducido en esta parte del ciclo (totalmente citoplasmico), en la cual, se condensa el grupo ureido de la citrulina con el amino del aspartato para dar arginosuccinato. La reacción, que es dependiente de ATP, pasa por un intermediario citrulil-AMP el cual es desplazado por el amino del aspartato. En el arginosuccinato, están ya los componentes de la urea, producto final de excreción.

• Arginosuccinasa: el ácido formado en la reacción anterior se divide en fumárico y arginina.

El grupo amino del aspartato está unido al esqueleto del aspartato, la arginosuccinasa cataliza la eliminación de arginina del esqueleto del aspartato formando fumarato que puede ser reconvertido a aspartato para ser utilizado en esta misma reacción (vía fumarasa y malato deshidrogenasa para formar oxaloacetato seguido de una transaminación. Estas son las mismas enzimas del ciclo de Krebs, solamente que citoplásmicas, de hecho esta malato deshidrogenasa utiliza NAD+)

Arginasa: en esta reacción se forma urea después de la

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