Ciclo de la urea
Los aminoácidos, las unidades fundamentales de las proteínas se caracterizan por tener un grupo amino, derivado del amonio que contiene un nitrógeno. El amonio puede convertirse muy fácilmente en amoniaco, que puede resultar tóxico a nivel celular. Por eso los seres vivos excretan al exterior el exceso de nitrógeno. Dependiendo del grupo de seres vivos esta molécula se excreta en diferentes compuestos, tales como la urea, el ácido úrico o el amoniaco.
Los mamíferos son el grupo que utilizan la urea como método de excreción del exceso de nitrógeno, aunque otros animales terrestres también excretan urea, como por ejemplo los insectos, éstos no lo hacen en una proporción tan alta y no se han encontrado los enzimas apropiados para realizar el ciclo de la urea, tal y como lo presentan la mayoría de los mamíferos.
Este ciclo fue descrito en 1932 por Kurt Henseleit y Hans Krebs (quien más tarde describiría el ciclo de Krebs, del que puedes leer aquí). Consta de 5 pasos enzimáticos que se llevan a cabo todos ellos en los hepatocitos (lee más sobre ellos aquí) del hígado, el único órgano del cuerpo que sintetiza todos los enzimas necesarios para llevar a cabo la depuración del amoniaco. Los 2 primeros tienen lugar dentro de las mitocondrias y los tres últimos se desarrollan en el citoplasma celular.
En la matriz mitocondrial, debido al metabolismo propio de la mitocondria o bien por la oxidación bacteriana que tiene lugar en el intestino, se encuentra una molécula de amoniaco. Gracias al enzima que se unirá a un catión HCO3-, producido en la respiración mitocondrial, dando como producto una molécula de carbamoil fosfato. Este paso necesita energía, que proporciona la desfosforilación de una molécula de ATP a ADP y fosfato inorgánico.
En un segundo paso el carbamoil fosfato cede su grupo carbamilo a la ornitina, un aminoácido, formándose citrulina y quedando libre el fosfato inorgánico. Esta reacción se lleva a cabo por la ornitina transcarbamilasa y se consigue pasando un carbono de una molécula a otra a través de la formación de una molécula intermedia, la citrulil-AMP. Al finalizar la citrulina sale de la mitocondria al citoplasma.
En el citoplasma la argininosuccinato sintetasa condensa la citrulina con una molécula de aspartamo, dando como producto argininosuccinato. Para ello necesita el aporte energético del ATP, que se desfosforila a AMPc y dos moléculas de fosforo inorgánico. El aspartato ha salido de la mitocondria, donde se ha formado por transaminación.
El cuarto paso es reversible. La succinato liasa corta de forma reversible la molécula de argininosuccinato producida en el paso anterior. La actividad enzimática de la argininosuccinato liasa depende de la concentración del sustrato y los productos.
La molécula de la urea, que seá excretada.
Finalmente en el quinto y último paso del ciclo el arginato, un aminoácido, es cortado por la arginasa y recombinándola con una molécula de agua, de esta reacción se liberan urea y ornitina. La urea viajará por el torrente sanguíneo hasta los riñones donde será filtrada de la sangre y pasará a la vegija para su excreción. Por su parte la ornitina vuelve a entrar dentro de la mitocondria para regenerar el ciclo de la urea.
El ciclo de la urea utiliza como sustrato dos moléculas de amoniaco, NH4 (una del aspartato y otra libre), una molécula de anión bicarbonato HCO3-, una molécula de agua H2O para dr una molécula de urea CH4N2O, con un gasto de 4 fósforos de dos moléculas de ATP.