Ciclo de la Urea: Mecanismo Metabólico y Eliminación de Nitrógeno

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