23.3: Ciclo de la urea

El ciclo de la urea describe cómo las células del hígado convierten el amoníaco en urea. El amoníaco es un producto de desecho tóxico del catabolismo de las proteínas. Los animales terrestres deben convertir el amoníaco en urea, menos tóxica, que los riñones pueden eliminar de forma segura a través de la orina. Los animales marinos excretan amoníaco directamente y el agua circundante diluye el amoníaco a niveles seguros.

Hay cinco pasos básicos en el ciclo de la urea:

1. La conversión de amoníaco (NH₃) en carbamoil fosfato
2. La introducción de ornitina en la transformación de carbamoil fosfato en citrulina
3. La transformación de citrulina en arginosuccinato involucrando aspartato y energía química (ATP)
4. La conversión de arginosuccinato en arginina con fumarato como subproducto
5. La formación de urea y ornitina a partir de arginina

Observe que la ornitina se utiliza en el segundo paso del ciclo y se regenera en el último. Dado que este compuesto se recicla, el ciclo de la urea también recibe el nombre de ciclo de la ornitina.

Los niveles elevados de amoníaco en sangre, o hiperamonemia, son el resultado de una interrupción del ciclo de la urea. Esto puede ocurrir a nivel de órganos donde el tejido cicatricial bloquea el suministro de sangre al hígado. El tejido cicatricial o cirrosis puede ser el resultado del abuso crónico de alcohol, la hepatitis B o la infección por hepatitis C.

Dentro de las células del hígado, la interrupción del ciclo de la urea también puede ocurrir en cualquiera de sus cinco pasos. La deficiencia de ornitina transcarbamilasa (OTCD) es un trastorno metabólico hereditario que resulta en una deficiencia enzimática total o parcial en el paso 2, lo que afecta la producción de citrulina a partir de ornitina y carbamoil fosfato.

La hiperamonemia en adultos, resultante de cirrosis o trastornos metabólicos de aparición tardía, puede provocar déficits de atención y otros deterioros cognitivos. También tienen un mayor riesgo de muerte por insuficiencia hepática. En los recién nacidos con deficiencia enzimática de aparición temprana, se pueden esperar retrasos en el desarrollo. Si no se diagnostican y tratan, estos bebés corren el riesgo de entrar en coma y morir. Aún no se comprende completamente cómo los niveles elevados de amoníaco dañan el cerebro y producen retrasos cognitivos y de desarrollo; sin embargo, se han propuesto como posibles mecanismos las alteraciones en los niveles de aminoácidos y neurotransmisores, las alteraciones en la función de los canales iónicos y los déficits de energía en el cerebro.

- [Narrador] El ciclo de la urea es la principal vía

por la que los mamíferos eliminan el amoniaco,

un producto de desecho nitrogenado del catabolismo proteico,

del cuerpo a través de la conversión a urea,

que se realiza por las células en el hígado.

A partir de las mitocondrias celulares,

el amoníaco se cambia primero a

compuesto carbamoil fosfato,

utilizando bicarbonato, energía en forma de ATP,

y la enzima carbamoil fosfato sintetasa 1.

Luego, la enzima ornitina transcarbamilasa

combina el fosfato de carbamoilo y el aminoácido ornitina

en citrulina que se transfiere al citosol.

En este tercer paso, la citrulina se combina con el

aspartato

para formar argininosuccinato.

Esta reacción es enzimática

gobernada por la argininosuccinato sintetasa,

y requiere una gran cantidad de energía

mediante la conversión de ATP a AMP.

El argininosuccinato se escinde luego en arginina y fumarato

por la enzima argininosuccinato liasa.

En el paso final, la enzima arginasa 1

divide la arginina en urea y ornitina.

La urea se excreta en última instancia por los riñones.

La ornitina se remonta a la mitocondria

para participar de nuevo en el ciclo de la urea.