Ciclo de la urea: mecanismo metabólico y eliminación de nitrógeno

Resumen

El documento explica el ciclo de la urea, la vía por la que los seres ureotélicos como el ser humano eliminan el nitrógeno de los aminoácidos en forma de urea. Describe el origen de los dos grupos amino, las etapas del proceso entre mitocondria y citosol, el destino de cada intermediario y la ecuación global de la ruta.

Puntos clave

La urea se forma en el hígado mediante el ciclo de la urea, cuyas reacciones se reparten entre la mitocondria y el citosol.
El primer grupo amino procede del glutamato y se incorpora junto al CO₂ para formar carbamoíl-fosfato, catalizado por la carbamoíl-fosfato sintetasa con gasto de dos ATP.
El segundo grupo amino procede de la transaminación del glutamato para formar aspartato, que pasa al citosol.
La citrulina se forma en la mitocondria y se transporta al citosol, donde la argininosuccinato sintetasa la condensa con aspartato.
La arginasa convierte la arginina en urea y ornitina; la urea se elimina por vía renal y la ornitina regresa a la mitocondria.
El fumarato generado se transforma en malato y después en oxalacetato, que permite regenerar aspartato.

Ponte a prueba

Los seres ureotélicos, como los seres humanos, eliminan el nitrógeno de los aminoácidos en la orina en forma de urea. Esta molécula se forma mediante un mecanismo cíclico, el ciclo de la urea, que se produce exclusivamente en el hígado (pues la arginasa, enzima que participa en el ciclo, es una enzima exclusivamente hepática). Las reacciones que lo componen se llevan a cabo tanto en la mitocondria como en el citosol.

Origen de los grupos amino

La molécula de urea presenta dos átomos de nitrógeno (grupos amino) que se incorporan en forma de NH₄⁺ al ciclo en distintos puntos y proceden de vías diferentes:

Primer grupo amino: Procede de la mitocondria, donde el grupo amonio de la molécula del glutamato se utiliza junto al CO₂ para formar el carbamoíl-fosfato. En esta reacción se consumen dos moléculas de ATP y es catalizada por la carbamoíl-fosfato sintetasa.
Segundo grupo amino: Procede de la transaminación del glutamato, formando así el aspartato, el cual es transportado al citosol.

Etapas del proceso

La ornitina se forma en el citosol pero viaja a la mitocondria, donde reacciona con el carbamoíl-fosfato por acción de la ornitina transcarbamoilasa, produciendo citrulina, que mantiene el carbono y el grupo amino. La citrulina abandona la mitocondria y viaja al citosol.

En el citosol, la argininosuccinato sintetasa condensa el aspartato al grupo carbonilo de la citrulina, generando el argininosuccinato y AMP + PPi mediante el gasto de una molécula de ATP. Esta molécula formada es un intermediario del ciclo de la urea en el que están condensados el carbono y dos grupos amino.

Por acción de la argininosuccinasa, el compuesto se descompone en arginina y fumarato:

Fumarato: En la mitocondria, sirve para generar malato y así regenerar el oxalacetato (ciclo de Krebs) para formar una nueva molécula de aspartato.
Arginina: En el citosol, posee el carbono y los dos grupos amino necesarios; por acción de la arginasa, genera la urea y la ornitina.
Eliminación: La urea es eliminada del organismo por vía renal.
Reciclaje: La ornitina se incorpora en la mitocondria para comenzar el ciclo de nuevo.

Ecuación global

aspartato + CO₂ + NH₄⁺ + 3 ATP + H₂O → urea + fumarato + 2 (ADP + Pi) + AMP + PPi

Preguntas frecuentes

¿Dónde se produce el ciclo de la urea?

El ciclo de la urea se produce exclusivamente en el hígado, ya que la arginasa es una enzima exclusivamente hepática. Sus reacciones se llevan a cabo tanto en la mitocondria como en el citosol.

¿Qué ocurre con la urea una vez formada?

La urea es eliminada del organismo por vía renal, es decir, se excreta en la orina.

¿Qué función cumple la ornitina en el ciclo?

La ornitina se forma en el citosol, viaja a la mitocondria para reaccionar con el carbamoíl-fosfato y, tras la reacción con la arginasa, regresa a la mitocondria para comenzar de nuevo el ciclo.