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El metabolismo de las proteínas de la dieta es una de las vías de producción de energía del cuerpo. Este proceso, sin embargo, produce compuestos de nitrógeno tóxicos como el amoníaco (NH3), que necesita convertirse en compuestos menos tóxicos para ser eliminados por el cuerpo. LA urea es un compuesto orgánico menos tóxico que el amoníaco, con la fórmula química CH4NodosO, siendo las principales excretas nitrogenadas de los mamíferos.
En estos animales, el conjunto de reacciones que convierten el amoníaco en urea para su eliminación constituye lo que llamamos ciclo de la urea. Este ciclo se produce en las células hepáticas y, de forma simplificada, consta de 5 pasos que se describen a continuación.
1er paso: síntesis de carbamoil-fosfato
La síntesis de urea comienza en la matriz mitocondrial con la condensación de dióxido de carbono (COdos) con amoníaco (NH3), fuente primaria de nitrógeno, utilizando ATP para formar el compuesto llamado carbamoil-fosfato.
2do paso: carbamoil-fosfato más ornitina forma citrulina
Todavía en la mitocondria, la reacción de unir el grupo carbamoil-fosfato a una molécula llamada ornitina ocurre por acción enzimática. Esta reacción genera el compuesto llamado citrulina, y para que ocurra se gasta energía de las moléculas de ATP. Luego, la citrulina se transporta desde la mitocondria al citoplasma de la célula, donde tendrán lugar las demás reacciones del ciclo de la urea. Tanto la entrada de ornitina en la mitocondria como la salida de citrulina de la misma mitocondria involucran sistemas de transporte a través de la membrana interna mitocondrial.
3er paso: citrulina más aspartato forma arginosuccinato
En el citoplasma, la citrulina se une por acción enzimática a un aminoácido llamado aspartato (C4H7EN EL4) a través del grupo amino (NHdos) de aspartato, que es la segunda fuente de nitrógeno del ciclo. Esta reacción es una condensación que requiere ATP, y al final de la misma se forma una molécula llamada arginosuccinato.
4ª reacción: la descomposición del arginosuccinato forma arginina y fumarato
En este paso se produce la descomposición de la molécula de arginosuccinato, catalizada por la acción enzimática. Esta reacción genera el aminoácido arginina, que retiene nitrógeno y libera una molécula de fumarato.
Como reacciones paralelas, pero importantes para el ciclo de la urea, tenemos la adición de agua (HdosO) a fumarato formando un compuesto llamado malato. El malato gana electrones en un proceso de oxidación, formando el compuesto llamado oxaloacetato. Estas dos reacciones son análogas al ciclo de Krebs de la respiración celular, pero son catalizadas por diferentes enzimas. A partir de ahí, el oxaloacetato reacciona con el aminoácido glutamato, regenerando aspartato, que puede ser utilizado nuevamente en el 3er paso del ciclo.
5º paso: la descomposición de la arginina libera urea y regenera la ornitina
El último paso del ciclo de la urea consiste en la descomposición de la arginina, catalizada por la acción de las enzimas hepáticas, liberando urea, que será filtrada por los riñones y eliminada por la orina. Además, esta reacción tiene como producto la ornitina, que vuelve a entrar en la mitocondria para participar en la 2ª etapa, cerrando así el ciclo de la urea.
Referencias:
Da Poian, AT; Foguel, D.; Petretski, MD; Machado, OLT 2007. Clase 18: Ciclo de la Urea. En: Da Poian, AT; Foguel, D.; Petretski, MD; Machado, OLT Bioquímica II, v. 2 – Río de Janeiro: Fundación CECIERJ, 270 p.
