El NH4+ es un compuesto muy tóxico y se requiere mucha agua para eliminarlo. Si los organismos terrestres excretaran el nitrógeno proveniente de la degradación de las proteínas, exclusivamente como amonio, se deshidratarían; por lo tanto los animales que no viven en el agua tienen que excretar el nitrógeno formando parte de otro compuesto no tan venenoso. Los organismos ureotélicos (la mayor parte de los vertebrados terrestres), excretan el nitrógeno como un compuesto que se llama urea. En la Figura 14.6 se observa la estructura de la urea.
Figura 14.6 Estructura de la urea. (Figura elaborada por el autor).
En esta sección se analizan las reacciones del ciclo de la urea que tienen como propósito formar este compuesto. Las reacciones ocurren en las células del hígado de los vertebrados terrestres.
REACCIÓN 1: FORMACIÓN DE DOS MOLÉCULAS DE ÁCIDO GLUTÁMICO
La urea tiene dos aminos y por lo tanto se requieren dos aminoácidos monoaminados para formarla. En esta primera reacción dos aminoácidos cualquiera, R1 y R2 , sufren transaminación, actuando como aceptores del N liberado dos moléculas de α - cetoglutarato que se transforman en glutamato. (Figura 14.7).
REACCIÓN 2: DESAMINACIÓN OXIDATIVA DE UNA DE LAS MOLÉCULAS DE GLUTAMATO
En esta reacción una de las moléculas de glutamato, formada en la reacción anterior, es desaminada oxidativamente por la enzima glutamato deshidrogenasa, para producir α - cetoglutarato y NH3 libre. (Figura 14.8).
REACCIÓN 3: FORMACIÓN DE ÁCIDO ASPÁRTICO
En este paso ocurre una transaminación, en la que el aminoácido reaccionante es una de las moléculas de glutamato formadas en la reacción uno y el cetoácido es el oxaloacetato, los productos de esta reacción es una molécula de α - cetoglutarato y otra de ácido aspártico. La enzima que cataliza la reacción se llama aspartato - transaminasa.
Con esta reacción quedan regeneradas las dos moléculas de α - cetoglutarato que se usaron para captar el nitrógeno de dos aminoácidos en la reacción 1. Ahora uno de los nitrógenos forma parte del aspartato y el otro se encuentra como NH3. (Figura 14.9).
REACCIÓN 4: SÍNTESIS DE FOSFATO DE CARBAMILO
En este paso, catalizado por la carbamil - fosfato - sintetasa, el NH3 formado como se describe en la reacción 2, reacciona con 2ATP, CO2 y agua para producir fosfato de carbamilo, 2ADP y Pi. (Figura 14.10).
REACCIÓN 5: FORMACIÓN DE CITRULINA
En esta reacción, catalizada por la ornitin - carbamil - transferasa, reacciona el fosfato de carbamilo con una molécula de ornitina para producir citrulina y Pi. (Figura 14.11 ).
REACCIÓN 6: SÍNTESIS DE ARGINOSUCCINATO
En este paso se sintetiza arginosuccinato, por la fusión de la citrulina producida en el paso anterior y el aspartato formado como se indica en la reacción 4. La arginosuccinato sintetasa cataliza la reacción. Durante el proceso se hidroliza una molécula de ATP, la cual produce AMP y PPi. (Figura 14.12).
REACCIÓN 7: SÍNTESIS DE ARGININA
Durante este proceso el arginosuccinato se rompe en arginina y fumarato (un intermediario del ciclo de Krebs). El catalizador de la reacción es la arginino - succinato - liasa. (Figura 14.13).
REACCIÓN : 8: SÍNTESIS DE UREA
Con esta reacción se produce una molécula de urea y se regenera la ornitina. La urea se libera de la arginina mediante una hidrólisis. La enzima arginasa cataliza la reacción.
La urea así formada, en las células hepáticas, pasa a la sangre para luego ser eliminada en la orina. (Figura 14.14).
REACCIONES 9 Y 10: CONVERSIÓN DEL FUMARATO EN OXALOACETATO
Estas reacciones ya no son del ciclo de la urea, pertenecen al ciclo de Krebs, pero son usadas para convertir al fumarato que se produjo en la reacción de la Figura 14.13 en oxaloacetato, restableciendo así la molécula de este compuesto usada en la reacción de la Figura 14.9.
En la primera reacción el fumarato es hidrolizado a malato (Figura 14.15), y entonces este compuesto es deshidrogenado para producir oxal oacetato (Figura 14.16).
Εn la Figura 14.17 se observa un clip del proceso completo.