La maggior parte degli animali terrestri eliminano l'azoto amminico sotto forma di urea e per questo motivo vengono definiti ureotelici. La formazione di urea avviene in una via metabolica definita ciclo dell'urea, scoperta nel 1932 da Hans Krebs (che solo più tardi scoprì il ciclo dell'acido citrico) e Kurt Henseleit. La produzione di urea avviene quasi esclusivamente nel fegato; successivamente raggiungerà per via ematica i reni, dove verrà escreta tramite le urine.
L'urea viene prodotta dall'ammoniaca in cinque tappe enzimatiche
Il ciclo dell'urea inizia all'interno dei mitocondri degli epatociti, ma tre tappe avvengono nel citoplasma.
Il primo gruppo amminico ad entrare nel ciclo dell'urea deriva dall'ammoniaca presente nei mitocondri, prodotta attraverso le tappe di mobilitazione dei gruppi amminici dagli amminoacidi. Una parte dell'ammoniaca deriva anche dall'ossidazione intestinale degli amminoacidi ad opera dei batteri, ed arriva al fegato tramite la vena porta.
1. Lo ione ammonio presente nei mitocondri viene immediatamente utilizzato, insieme alla CO2 (sotto forma di ione bicarbonato) che deriva dalla respirazione mitocondriale, per formare il carbamil fosfato. La reazione richiede ATP, avviene nella matrice mitocondriale ed è catalizzata dall'enzima carbamil fosfato sintetasi I (la forma mitocondriale, indicata con la sigla II, interviene nella biosintesi delle pirimidine).
2. Il carbamil fosfato entra nel ciclo dell'urea, composto da 4 tappe enzimatiche.
Nella prima tappa, il carbamil fosfato dona il suo gruppo carbamilico all'ornitina per formare la citrullina; contemporaneamente viene rilasciato Pi. L'enzima di riferimento è l'ornitina transcarbamilasi. La citrullina esce dai mitocondri ed il ciclo continua nel citosol.
3. Il gruppo amminico dell'aspartato viene condensato al gruppo ureidico della citrullina. Il prodotto della reazione è l'argininosuccinato e l'enzima è l'argininosuccinato sintetasi; la reazione richiede ATP e procede attraverso la formazione di un intermedio (citrullul-AMP)
4. L'argininosuccinato viene scisso reversibilmente dall'argininnosuccinato liasi, con formazione di arginina e fumarato; quest'ultimo entra nel ciclo di Krebs.
5. L'ultima tappa è la scissione dell'arginina in urea ed ornitina, nella reazione catalizzata dall'enzima arginasi. L'ornitina entra nei mitocondri per iniziare un nuovo giro del ciclo dell'urea.
Regolazione del ciclo dell'urea
La regolazione del ciclo dell'urea avviene con meccanismi a lungo termine, che intervengono sulla velocità di sintesi degli enzimi del ciclo stesso e della carbamil fosfato sintetasi I nel fegato.
Durante i periodi di digiuno prolungato (quando la demolizione delle proteine muscolari diviene l'unica fonte di sostanze nutrienti) o in animali alimentati con diete ricchie di proteine, i cinque enzimi della via metabolica sono sintetizzati ad una velocità maggiore rispetto a quella degli animali alimentati con carboidrati e grassi. Al contrario, gli animali alimentati con diete povere di proteine, sintetizzano gli enzimi a velocità molto ridotte.
La regolazione a breve termine richiede l'interesse almeno di un enzima allosterico. Il primo enzima della via metabolica (carbamil fosfato sintetasi I), è attivato allostericamente dall'N-acetilglutammato, che viene sintetizzato dall'acetil-CoA e dal glutammato dall'enzima N-acetilglutammato sintasi. Questo enzima catalizza la prima tappa della sintesi de novo di arginina dal glutammato in piante e microrganismi.
Bilanciamento energetico della sintesi dell'urea
Se consideriamo il ciclo dell'urea come una via metabolica isolata, la sintesi di una sola molecola di urea richiederebbe quattro gruppi fosforici ad alta energia: due molecole servono per formare il carbamil fosfato ed una per produrre arginilsuccinato. In quest'ultima tappa, l'ATP va incontro ad una scissione pirofosforica, che genera due gruppi fosforici liberi.
La reazione complessiva del ciclo è:
Il ciclo dell'urea provoca anche una netta conversione di ossalacetato in fumarato, e la rigenerazione di ossalacetato produce NADH nella reazione della malato deidrogenasi. Ciascuna molecola di NADH può generare più di 2,5 molecole di ATP durante la fosforilazione ossidativa, per cui riduce il costo energetico della sintesi dell'urea.
Questo è un video (in inglese) che riassume le tappe dell'intero ciclo. Buona visione.
Questo è un video (in inglese) che riassume le tappe dell'intero ciclo. Buona visione.
Nessun commento:
Posta un commento