Ciclo de la Urea

El ciclo de la urea es la vía, localizada principalmente en el hígado, que convierte el amoníaco tóxico derivado de la degradación de aminoácidos en urea, un compuesto soluble y mucho menos tóxico que los riñones excretan. Fue la primera vía metabólica cíclica en ser descrita y sigue siendo la principal ruta del cuerpo para eliminar el exceso de nitrógeno.

Definition

El ciclo de la urea es una serie de reacciones, en parte mitocondrial y en parte citosólica, que combina amoníaco y nitrógeno derivado del aspartato con dióxido de carbono para sintetizar urea, regenerando el transportador ornitina con cada vuelta.

Scope

Esta entrada cubre los cinco pasos enzimáticos centrales del ciclo, su partición entre la mitocondria y el citosol, las dos fuentes de nitrógeno que incorpora y cómo se regula. El destino de los grupos amino antes de que entren en el ciclo se cubre en la entrada de catabolismo, y el manejo más amplio del amoníaco en la entrada de nitrógeno.

Core questions

• ¿De dónde provienen los dos átomos de nitrógeno de la urea?
• ¿Qué pasos ocurren en la mitocondria y cuáles en el citosol?
• ¿Cómo se ajusta el flujo a través del ciclo a la carga de nitrógeno?

Key concepts

• Carbamoil fosfato sintetasa I
• Ornitina transcarbamilasa
• Argininosuccinato sintetasa y liasa
• Arginasa y regeneración de ornitina
• N-acetilglutamato como activador alostérico
• Compartimentación mitocondrial-citosólica

Mechanisms

Dentro de la mitocondria, el amoníaco y el bicarbonato se condensan en carbamoil fosfato por la carbamoil fosfato sintetasa I, una enzima que requiere el activador alostérico N-acetilglutamato. La ornitina transcarbamilasa luego une el carbamoil fosfato a la ornitina para formar citrulina, que se exporta al citosol. Allí, la argininosuccinato sintetasa incorpora el segundo nitrógeno del aspartato para producir argininosuccinato, que la argininosuccinato liasa escinde en arginina y fumarato. La arginasa finalmente hidroliza la arginina a urea y ornitina, y la ornitina regenerada reingresa a la mitocondria para comenzar otra vuelta. Así, un nitrógeno de la urea proviene del amoníaco libre y el otro del aspartato, mientras que el carbono proviene del bicarbonato. El flujo se ajusta tanto por el suministro de N-acetilglutamato, que refleja la carga total de nitrógeno, como por cambios a más largo plazo en las cantidades de enzimas.

Clinical relevance

Las deficiencias hereditarias de las enzimas del ciclo de la urea alteran la eliminación de nitrógeno y pueden conducir a la acumulación de amoníaco, y el ciclo es fundamental para cómo el cuerpo se mantiene protegido de la toxicidad del amoníaco. Esta entrada describe la vía y cómo se estudia; el diagnóstico y manejo de los trastornos del ciclo de la urea siguen las guías de consenso de especialistas y no se abordan aquí como consejo individual.

Epidemiology

Los trastornos del ciclo de la urea son errores innatos del metabolismo individualmente raros; las guías de consenso resumen su frecuencia combinada y reconocimiento clínico, mientras que las estimaciones detalladas pertenecen a fuentes clínicas dedicadas.

Evidence & guidelines

La bioquímica es conocimiento establecido en libros de texto; para los trastornos clínicos del ciclo, se han publicado y revisado guías de consenso internacionales (Haeberle et al., 2012; 2019), que la presente entrada solo referencia para indicar dónde residen los estándares clínicos.

History

Hans Krebs y Kurt Henseleit describieron el ciclo de la ornitina para la formación de urea en 1932, el primer ciclo metabólico reconocido. Trabajos posteriores, notablemente por Sarah Ratner, caracterizaron los pasos del argininosuccinato y completaron el mapa enzimático de la vía.

Key figures

• Hans Krebs
• Kurt Henseleit
• Sarah Ratner

Seminal works

• morris-2002
• haeberle-2019

Frequently asked questions

¿Por qué el cuerpo convierte el amoníaco en urea?

El amoníaco es tóxico, especialmente para el sistema nervioso, por lo que convertirlo en urea, que es soluble y mucho menos tóxica, permite que el exceso de nitrógeno sea transportado en la sangre y excretado de forma segura por los riñones.

¿Dónde en la célula tiene lugar el ciclo de la urea?

Se divide entre dos compartimentos: los primeros pasos ocurren en la matriz mitocondrial de las células hepáticas, y los pasos restantes ocurren en el citosol, con intermediarios transportados entre ambos.