Eliminación del amoniaco. Ciclo de la urea.

Eliminación del amoniaco. Ciclo de la urea.

La degradación de las proteínas se realiza, con mayor o menor intensidad, en todas las células, aunque se hace especialmente relevante en organismos heterótrofos. Comienza con la  hidrolisis enzimática de las proteínas hasta conseguir las unidades o monómeros que las conforman, los aminoácidos. Frecuentemente estos aminoácidos se van a emplear para fabricar proteínas de nueva síntesis para el organismo pero en ocasiones su destino será su degradación a través de rutas catabólicas, obteniendo así energía.

El catabolismo de aminoácidos se realiza a  través de las reacciones de transaminación, (encauzando los grupos amino hacia el α-cetoglutarato, para transformarlo en glutamato), y de desaminación (que acaba liberando amoniaco). El esqueleto hidrocarbonado de los aminoácidos no suele conllevar excesivos problemas para ser catabolizado y puede ingresar de distinto modo en las rutas metabólicas habituales (se habla de aminoácidos cetogénicos cuando de su degradación se obtienen intermediarios como acetil-CoA,  y de aminoácidos glucogénicos cuando los metabolitos resultantes son piruvato, o intermediarios del Ciclo de Krebs, como oxalacetato o alfa-cetoglutarato).

El problema de los aminoácidos radica en la presencia de su grupo amino, que puede rendir amoniaco (NH3), un compuesto altamente tóxico en estado libre para un organismo; por tanto, los organismos han tenido que desarrollar mecanismos que lo hagan desaparecer. Algunos de ellos son:

1.Reutilizar este compuesto para sintetizar otros compuesto nitrogenados, como las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos, tanto púricas como pirimidínicas.

2.Obtener glutamina, que no resulta es tóxica y se puede transportar por la sangre hasta el riñón donde se elimina el amoniaco, todo ellos a partir de un ácido glutamínico y ATP.

3.Excretar por productos finales del metabolismo de los músculos.

4.Sintetizar urea.

Una de las reacciones en la que están implicados los aminoácidos es la descarboxilacion con pérdida de su grupo ácido en forma de CO2. Este compuesto es, junto con el amoniaco, tóxico para el organismo, y, por lo tanto, ambos deberán ser eliminados por la célula a partir del ciclo de la urea.

Ciclo de la urea. 1: Ornitina, 2: Citrulina, 3: Argininosuccinato, 4: Arginina.

El hígado es el responsable de transformar el dióxido de carbono y el amoniaco en una sustancia menos toxica para la célula, la urea, que se incorpora a la composición de la orina.

Este proceso de formación de urea a partir del anhídrido carbónico y amoníaco de las reacciones proteicas, que se lleva a cabo en los mamíferos, se denomina urogénesis.

CO2+ 2NH3+ 3ATP + 2H2O → Urea + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi

El amoníaco liberado en las reacciones de desaminación desaparece de esta forma de la sangre como tal compuesto, debido a que la urea es sintetizada en el hígado; si éste se extirpa o simplemente funciona mal, el amioníaco se acumula en sangre. Este producto es muy tóxico, sobre todo para el cerebro, produciendo el denominado coma hepático.

El primer paso para esta eliminación de urea es la condensación de una molécula de anhídrido carbónico (CO2) y otra de amoníaco libre (NH3); se forma carbamil-fosfato con la presencia de agua (HO2) y la intervención de dos moléculas de ATP (convirtiéndola en irreversible), para proporcionar energía a la reacción.

CO2 + NH3 + 2ATP + H2O →H2N-CO-O- PO4 ( =carbamil fosfato)

Ornitina

En una segunda etapa, el carbamil-fosfato se condensa con una molécula de ornitina para formar citrulina. Debemos recordar que el grupo amino de la urea procede de las reacciones de transaminación.

De esta forma, en todos los organismos se sintetiza el aminoácido esencial arginina. En los animales urotélicos (entre ellos, el hombre) existe un enzima, la arginasa, que cataliza la reacción irreversible en la que se convierte la arginina en urea más una molécula de ornitina, que puede comenzar nuevamente el proceso cíclico.

La urea pasa a la sangre, de ahí a los riñones y de éstos al exterior del organismo por la orina

La eliminación de la urea sigue este mecanismo cíclico postulado por Krebs en 1932. Los enzimas que intervienen en el ciclo de la urea están localizados en las mitocondrias. Si se bloquease algún paso al ciclo de la urea conformaría un proceso incompatible con la vida.

Enfermedades que tienen alteraciones en este ciclo son la hiperamoniemia, citrulinuria, entre otras.

USOS DE LA UREA

• Fertilizante (91% de la urea producida)

La Urea es la fuente más económica de Nitrógeno (N) de alta concentración. Por ello, es muy común su uso como fertilizante; es la fuente nitrogenada de mayor concentración (46%, datos del 2007).

Es un componente indispensable en la integración física de fórmulas de fertilizantes, pudiéndose utilizar también como monoproducto sobre el suelo, dando grandes ventajas económicas y de manejo de cultivos altamente demandantes de Nitrógeno (N).

¿Por qué la urea?

La Urea, en su forma original, no contiene Amonio (NH4+), sin embargo ésta molécula, una vez en el suelo se hidroliza con rapidez por efecto de la enzima “ureasa” y por la temperatura de éste, obteniendo como productos Amonio y bicarbonato. Los iones bicarbonato reaccionan con la acidez del suelo incrementando el pH en la zona próxima al sitio de reacción de este fertilizante. Una vez que la urea se ha convertido en Amonio, éste es absorbido por las arcillas y la materia orgánica del suelo y el Amonio acaba siendo nitrificado o absorbido directamente por las plantas.

El Nitrógeno de la urea resulta un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas: es necesario para la síntesis de la clorofila que hace posible la fotosíntesis, además de ser componente de vitaminas así como parte esencial de aminoácidos.

La escasez de Nitrógeno en una planta verá mermada su capacidad de absorción y aprovechamiento de nutrientes.

• Fertilización foliar

• Industria química y de los plásticos: presente en resinas, adhesivos, papel, metales, tintas.

• Suplemento alimenticio para ganado: se mezcla con el alimento para el ganado, aportando así nitrógeno en la dieta.

• Producción de resinas: Como por ejemplo la resina urea-formaldehído . Estas resinas tienen varias aplicaciones en la industria, como por ejemplo la producción de madera aglomerada. También se usa en la producción de cosméticos y pinturas.

• Producción de drogas Se usa como adulterante para la fabricación de drogas como la metanfetamina.

BIBLIOGRAFÍA
http://www.transaminasas.com/reacciones_de_transaminacin
http://es.wikipedia.org/wiki/Aminotransferasa
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_la_urea

* Fertisquisa.(VV. AA.) Ficha técnica de la Urea. Dic. 2007.
* SADEGHIAN K., S. (2004) Efecto de la fertilización con nitrógeno fósforo potasio y magnesio sobre las propiedades químicas de suelos cultivados en café. Conclusión del estudio.
*Bioquímica médica.  West, Edward Staunton. Todd, Wilbert R. Mason, Howard S. Bruggen, John T. van.

Ángela Perujo Calle