Ciclo de la urea
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Ciclo de la Urea Los organismos vivientes excretan el exceso de nitrógeno que resulta del metabolismo de aminoácidos en una de tres formas. Muchos organismos acuáticos simplemente excretan amoniaco. Donde el agua es menos abundante, el amoniaco se transforma en una molécula menos tóxica, además de que su excreción necesita de menos agua. Uno de estos productos es la urea, la cual es excretada por la mayoría de los vertebrados terrestres, el otro producto posible de excreción es el ácido úrico, que es excretado por aves y reptiles terrestres. De acuerdo a lo anterior, los organismos vivientes, se clasifican en amonotélicos (excretan amoniaco), urotélicos (excretan urea) y uricotélicos (excretan ácido úrico). Algunos organismos pueden cambiar su metabolismo de amonotélicos a urotélicos o uricotélicos, según las restricciones de agua a las que sean expuestos.
Descubrimiento
El ciclo fue encontrado en 1932 por Hans Krebs y Kurt Henseleit , fue el primer ciclo metabólico elucidado, el Ciclo del ácido cítrico fue descrito en 1937. Sus reacciones individuales fueron descritas después por Sarah Ratney y Philip Cohen.
Localización Biológica
La urea, se sintetiza en el hígado por las enzimas del ciclo de la urea, que es secretada al torrente sanguíneo y filtrada en los riñones para excretarse en la orina.
Carasterísticas Generales. Metabolitos y Reacciones
Globalmente el ciclo consiste en:
Metabolitos iniciales:
+NH3
NH3 + HCO3- + -OOC-CH2-CH-COO- ASPARTATO
Con la utilización de 3ATP, generando 2ADP + 2Pi + AMP + PPi
y formando:
Urea + -OOC-CH=CH-COO- FUMARATO
5 reacciones están involucradas en el ciclo 2 mitocondriales y 3 citosólicas.
A.- Carbamoil fosfato sintasa. CPS
CPS técnicamente, no es una enzima del ciclo. Cataliza la condensación y activación de amoníaco 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 amoniaco y participa en la biosíntesis de urea) y una citosólica (CPS II que usa glutamato y participa en la biosíntesis de pirimidina). El mecanismo de la enzima consta de 3 pasos:
1.- Activación del ácido carbónico por ATP para formar carbonil fosfato y ADP.
2.- Ataque del amoniaco al carbonil fosfato, desplazando el fosfato, formando carbamato y Pi.
3.- Fosforilación del carbamato por el segundo ATP para formar carbamoil fosfato y ADP.
2ATP + HCO3- + NH3 reaccionan para dar H2N-C-OP32- + 2ADP + Pi
La reacción es esencialmente irreversible y es el paso limitante del ciclo.
B.- Ornitina transcarbamilasa:
ORNITINA + CARBAMOIL FOSFATO reaccionan para dar CITRULINA
La ornitina se transporta de CITOPLASMA A MITOCONDRIA; La citrulina se transporta de MITOCONDRIA A CITOPLASMA
C.- Arginosuccinato sintasa
Condensación del 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.
D.- Arginosuccinasa:
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 ácido cítrico, solamente que citoplásmicas, de hecho esta malato deshidrogenasa utiliza NAD+)
E.- Arginasa:
Arginina es transformada en urea + ornitina
El costo energético del proceso son 3 ATP, pero el ciclo genera un NADH en la remoción del amino en la desaminación oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa y otro en la transformación del fumarato vía OAA a aspartato. La reoxidación de estos NADHs en la mitocondria dará 6 ATP.
Regulación del Ciclo
CPSI es activada alostéricamente por N-acetilglutamato, que es sintetizado a partir de glutamato y Ac-CoA por la N-acetilglutamato sintasa e hidrolizado por una hisdrolasa específica. La velocidad de producción de urea en el hígado está correlacionada con la concentración de N-acetilglutamato.
Interconversión de Aminoácidos
Los aminoácidos estándar pueden ser degradados a uno de 7 intermediarios metabólicos: piruvato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato, oxloacetato, acetil-CoA o acetoacetato. Basado en su vía catabólica, pueden ser:
aminoácidos glucogénicos, cuyos esqueletos de C son degradados a piruvato (alanina, cisteina, glicina, serina y treonina), alfa-cetoglutarato (arginina, glutamato, glutamina, histidina y prolina), succinil-CoA (isoleucina, metionina y valina), fumarato (fenilalanina y tirosina) u oxaloacetato (asparagina y aspartato), por tanto son precursores de glucosa.
aminoácidos cetogénicos, cuyos esqueletos de C son degradados a acetoacetato (leucina, lisina, fenilalanina, tirosina y triptofano), acetil-CoA, por tanto son precursores de ácidos grasos o cuerpos cetónicos.
Los aminoácidos también pueden ser precursores del grupo hemo, aminas activas (epinefrina, norepinefrina, dopamina, serotonina (5-hidroxitriptamina), GABA e histamina), glutatión (gama-glutamilcisteinglicina, tripéptido que actúa en la desintoxicación, transporte y procesos metabólicos como oxidaciones), cofactores tetrahidrofolato (en el metabolismo de unidades de un átomo de C).