Destino del grupo amino: ciclo de la urea

Una vez se ha producido la degradación de los aminoácidos por transaminación, desaminación oxidativa y descarboxilación se obtiene la cadena carbonada por un lado y el grupo amino por el otro. Esta sección  se centra en lo que ocurre con el grupo amino, fundamentalmente en el ciclo de la urea y su regulación.

Destino del grupo amino

El ión amonio libre es un compuesto muy tóxico para los vertebrados y debe ser excretado. Según el tipo de excreción del grupo amino tenemos:

Animales amoniotélicos

Son invertebrados acuáticos y peces de agua dulce. El grupo amino se libera en forma de amoníaco al medio acuático donde se disuelve rápidamente gracias a la gran cantidad de agua por lo que no les resulta tóxico.

Animales uricotélicos

Son aves y reptiles. El grupo amino se convierte en ácido úrico, un compuesto insoluble que impide la deshidratación de animales que no viven en hábitats acuáticos. El ácido úrico se elimina junto con las heces en forma de cristales semisólidos.

Animales ureotélicos

Son mamíferos, anfibios adultos y peces de agua salada. El grupo amino se convierte en el hígado en urea, ésta pasa al torrente sanguíneo y es filtrada por los riñones y eliminada en la orina. El ser humano también excreta ácido úrico, pero a diferencia de los animales uricotélicos, la obtenemos de la degradación de las bases nitrogenadas púricas.

Es en los animales ureotélicos donde nos vamos a centrar en esta sección.

Transporte del grupo amino en animales ureotélicos

Los grupos amino formados en los tejidos se transportan hasta el hígado en formas no tóxicas donde se transformará en urea en el ciclo de la urea.

Las formas no tóxicas principales de transporte son aminoácidos: alanina desde el músculo y glutamina desde otros tejidos periféricos fundamentalmente.

Transporte desde el músculo: ciclo alanina-glucosa o ciclo de Cahill

Ciclo Cahill by BioBullett. Licencia CC

El transporte de grupos amino desde el músculo se realiza en forma de alanina, La alanina en el hígado libera el grupo amino para que se transforme en urea y el piruvato resultante se convierte en glucosa por gluconeogénesis. La glucosa se transporta por el torrente sanguíneo hasta el músculo. En el citosol de la célula muscular se transforma en piruvato por glucólisis.  El piruvato capta un grupo amino por transaminación  y en forma de alanina se transporta hasta el hígado donde cede el grupo amino de nuevo.

Ciclo de la urea

El ciclo de la urea comienza en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos.

Ciclo urea by V. Dias. Licencia CC.
  1. El primer grupo amino procede de amonio libre . En la mitocondria, la enzima carbamoil fosfato sintetasa I cataliza la condensación de amonio libre y bicarbonato (producto de la respiración celular) para formar carbamoil fosfato.  Esta reacción es irreversible, dependiente de ATP y modulada por la concentración de N-acetilglutamato. La carbamoil fosfato sintetasa II es citosólica, usa glutamina como donador de nitrógeno y está involucrada en la síntesis de pirimidinas.
  2. El grupo carbamoil del carbamoil fosfato se tranfiere a la ornitina en una reacción catalizada por la  ornitina transcarbamoilasa. La citrulina resultante se  libera al citosol.
  3. El segundo grupo amino procede del aspartato. En la mitocondria se produce por transaminación y posteriormente se libera al citosol. El aspartato se condensa con la citrulina en una reacción catalizada por  la argininosuccinato sintetasa y se produce argininsuccinato. Esta reacción requiere de dos enlaces de alta energía del ATP.
  4. La arginino succinato liasa separa el argininosuccinato formando arginina y fumarato. En el ciclo de Krebs el fumarato se transforma en oxalacetato, el cual por transaminación se convierte nuevamente en aspartato. La arginina es el precursor inmediato de la urea.
  5. La arginasa hidroliza a la arginina con lo que se restaura la ornitina y se libera la urea. La urea es excretada a través de la orina y la ornitina es trasladada a la mitocondria, para que nuevamente reaccione con el carbamoil fosfato y el ciclo continúe.

Balance del ciclo de la urea

2 NH3 + HCO3 + 3 ATP + H2O  à  urea + 2 ADP + AMP + 4 Pi + 5 H

La síntesis de la urea requiere 4 Pi de alta energía. 2 ATP para formar el carbamoil – P y un ATP para producir argininosuccinato. En la segunda reacción el ATP se hidroliza a AMP y PPi, que puede ser nuevamente hidrolizado para dar 2 Pi. Los animales ureotélicos pierden alrededor del 15% de la energía procedente de los aminoácidos en la producción de urea.

Conexión entre el ciclo de la urea y el ciclo de Krebs

Ambos ciclos están conectados por intermediarios lo que reduce el coste energético de la síntesis de urea.

En el ciclo de la urea se produce fumarato, que ingresa en el ciclo de Krebs y se convertirá en oxalacetato con la consiguiente formación de un NADH, que en la cadena transportadora de electrones puede generar hasta 3 ATP, reduciéndo el coste de la síntesis de urea.

El aspartato que actúa como dador de Nitrógeno en el ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato por transaminación desde el glutamato.

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