Ciclo de la urea

El ciclo de la urea (también llamado ciclo de la ornitina o ciclo del ganso , debido a los tres aminoácidos involucrados: la ornitina , la citrulina y la arginina ) es un ciclo metabólico presente en los organismos ureotélicos (por ejemplo, los mamíferos y muchos anfibios adultos) cuyo objetivo es convertir el amoníaco (altamente tóxico) en urea , para que pueda eliminarse por la orina . En los peces el amoníaco se excreta como tal, mientras que en los reptiles y las aves se transforma metabólicamente en ácido úrico . El amoníaco se produce por el catabolismo de los aminoácidos y por fermentaciones bacterianas intestinales. El ciclo de la urea ocurre en el hígado ; sin embargo, teóricamente, los demás tejidos también son capaces de producir urea en pequeñas cantidades, ya que poseen arginasa . [1]

La vía metabólica produce iones de hidrógeno . entonces el proceso se regula negativamente en caso de acidosis .

La reacción neta es:

NH 4 + + HCO 3 - + Asp + 3ATP + H 2 O → Urea + Ácido fumárico + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi

Teniendo en cuenta que partimos de la reacción entre el amoníaco y el ácido carbónico que forman carbamato (es decir, la amida del ácido carbónico) para tener urea (es decir, la diamida del ácido carbónico), se le conoce como reacción simple, que puede llevarse a cabo en una paso, pero con una alta energía de activación que no puede ser disminuida por una sola enzima , se descompone en la célula en 5 pasos energéticamente más favorables. Otros metabolitos importantes provienen del ciclo, como la arginina que, aunque es un aminoácido esencial para la infancia, es producido por el ciclo en la edad adulta.

Reacciones

Sustratos y coenzimas productos Enzima Ubicación
1 NH 4 + + HCO 3 - + 2 ATP fosfato de carbamil + 2 ADP + Pi Carbamil fosfato sintasa I. mitocondria
2 fosfato de carbamil + ornitina citrulina + pi ornitina carbamiltransferasa mitocondria
3 citrulina + aspartato + ATP argininsuccinato + AMP + PP i Argininsuccinato sintetasa citosol
4 insuccinato de argin arginina + fumarato Argininsuccinato liasa citosol
5 arginina + H 2 O ornitina + urea Arginasa citosol

El ciclo de la urea comienza con la formación de carbamil fosfato , a través de la condensación del catión amonio NH 4 + , el anión hidrogenocarbonato HCO 3 - y una molécula de fosfato inorgánico, catalizada por la carbamil fosfato sintetasa I , a través del gasto de dos moléculas de ATP . Posteriormente, el fosfato de carbamil se condensa con una molécula de ornitina para dar citrulina ; la reacción es catalizada por la ornitina transcarbamilasa . La citrulina formada sale de la mitocondria para ir al citosol , aquí se condensa con una molécula de aspartato de la argininosuccinato sintetasa formando argininosuccinato . El argininosuccinato se divide en arginina y fumarato por la argininosuccinato liasa y el fumarato se dirige hacia el ciclo de Krebs , el fumarato se transforma por la fumarasa citoplasmática en malato y este se oxida en oxaloacetato, que luego se transamina en aspartato. Finalmente, la arginina se transforma en ornitina y urea por medio de la arginasa , y luego la urea es transportada por el torrente sanguíneo hasta los riñones y la ornitina puede usarse para otro ciclo. Luego, la urea se excreta en la orina. Aunque todos los tejidos tienen arginasa, y por tanto la capacidad de completar el ciclo, sólo el hígado es rico en enzimas del ciclo y en particular en carbamino-fosfato sintasa tipo I y ornitina transcarbamilasa.

Ajuste

El ciclo de la urea sufre una doble regulación : una a largo plazo y otra a corto plazo.

En el primer caso se observa que la modulación de la actividad catalítica de las enzimas depende de la composición de la dieta: de hecho, en el caso de que se lleve una dieta rica en proteínas, se sintetizan las cinco enzimas de la vía metabólica. mucho más rápido ya que se compensa la liberación de grupos amino tras la degradación de las proteínas digeridas. La misma situación se observa en el caso en que se somete a un período de ayuno, pero, en este caso, la fuente de las proteínas y grupos amino es diferente ya que proviene de la degradación de las proteínas musculares.

La regulación "a corto plazo", en cambio, consiste en la producción de N-acetilglutamato , un activador alostérico de la enzima carbamil fosfato sintetasa I. Este compuesto se forma a partir de una molécula de glutamato y otra de acetil-CoA , gracias a la acción de la enzima N-acetilglutamato sintasa , a su vez activada gracias a un aumento de las concentraciones de arginina (intermedio del ciclo de la urea).

Vínculo con el ciclo del ácido cítrico

El ciclo de la urea y el ciclo del ácido cítrico son ciclos independientes pero vinculados. Uno de los átomos de nitrógeno en el ciclo de la urea se obtiene de la transaminación de oxaloacetato en aspartato. [2] El fumarato que se produce en el paso tres también es un intermediario en el ciclo del ácido cítrico y regresa a ese ciclo. [2]

Trastornos del ciclo de la urea

Un trastorno genético raro que afecta aproximadamente a una de cada 35 000 personas en los Estados Unidos. [3] Pueden ocurrir defectos genéticos en las enzimas involucradas en el ciclo. Las mutaciones conducen a deficiencias en las diversas enzimas y transportadores involucrados en el ciclo de la urea y provocan alteraciones en el ciclo de la urea. [4] Si las personas con un defecto en una de las seis enzimas utilizadas en el ciclo ingieren más aminoácidos de los necesarios para su requerimiento diario, el amoníaco producido no podrá convertirse en urea. Estos individuos pueden experimentar hiperamonemia o la acumulación de un ciclo intermedio.

La mayoría de los trastornos del ciclo de la urea están asociados con hiperamonemia, sin embargo, la argininemia y algunas formas de aciduria arginino-succínico no tienen niveles elevados de amoníaco.

Historia

El ciclo de la urea fue el primer ciclo metabólico en ser aclarado. Fue aclarado por Hans Adolf Krebs y Kurt Henseleit en 1932 , pero solo más tarde Sarah Ratner y Philip Cohen describieron las reacciones individuales en detalle.

Notas

  1. ^ Bioquímica médica: estructural, metabólica y funcional; IV Edición , PICCIN, pág. 396.
  2. ^ a b GE Shambaugh, Biosíntesis de urea I. El ciclo de la urea y las relaciones con el ciclo del ácido cítrico , en The American Journal of Clinical Nutrition , vol. 30, núm. 12, 1 de diciembre de 1977, págs. 2083–2087, DOI : 10.1093/ajcn/30.12.2083 . Consultado el 11 de octubre de 2019 .
  3. ^ Marshall L. Summar, Stefan Koelker y Debra Freedenberg, La incidencia de los trastornos del ciclo de la urea , en Genética molecular y metabolismo , vol. 110, núm. 0, 2013, págs. 179-180, DOI : 10.1016/j.ymgme.2013.07.008 . Consultado el 11 de octubre de 2019 .
  4. ^ Cox, Michael (2013-01-01). Principios de bioquímica de Lehninger. hombre libre

Bibliografía

Otros proyectos

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