Ciclo dell'urea

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1. Ornitina
2. Carbammilfosfato
3. Citrullina
4. Argininsuccinato
5. Fumarato
6. Arginina
7. Urea
L-Asp = Aspartato
CPS-1 = Carbammilfosfato sintetasi I
OTC = Ornitina transcarbamilasi
ASS = Argininsuccinato sintetasi
ASL = Argininsuccinato liasi
ARG1 = Arginasi 1

Il ciclo dell'urea è un ciclo metabolico volto a ridurre la concentrazione di ammoniaca sotto forma di ioni ammonio nei liquidi biologici ed in particolare nel sangue degli organismi superiori (es: mammiferi). Nei pesci viceversa l'ammoniaca viene escreta come tale, mentre negli anfibi e negli uccelli viene trasformata metabolicamente in acido urico. L'ammoniaca viene dal catabolismo degli amminoacidi ed oltre una certa concentrazione è tossica. Durante la via metabolica vengono prodotti ioni idrogeno quindi il processo viene regolato negativamente in caso di acidosi.

La reazione netta è:

NH4+ + HCO3- + Asp + 3ATP + H2O → Urea + Acido fumarico + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi

Considerato che si parte dalla reazione tra ammoniaca e acido carbonico che formano carbammato (ovvero l'ammide dell' acido carbonico) per avere urea (ovvero la diammide dell'acido carbonico) si nota come una reazione semplice, realizzabile in un passaggio, ma con energia di attivazione elevata non abbassabile da un singolo enzima, viene nella cellula spezzettata in 5 passaggi energeticamente più favorevoli. Dal ciclo vengono forniti altri metaboliti importanti come l'arginina che pur essendo un amminoacido essenziale per l'infanzia, in età adulta è prodotta dal ciclo.

Reazioni[modifica | modifica sorgente]

Substrati e coenzimi Prodotti Enzima Localizzazione
1 NH4+ + HCO3 + 2ATP carbammilfosfato + 2ADP + Pi Carbammilfosfato sintetasi I mitocondrio
2 carbammilfosfato + ornitina citrullina + Pi Ornitina carbammiltransferasi mitocondrio
3 citrullina + aspartato + ATP argininsuccinato + AMP + PPi Argininsuccinato sintetasi citosol
4 argininsuccinato arginina + fumarato Argininsuccinato liasi citosol
5 arginina + H2O ornitina + urea Arginasi citosol

Il ciclo dell'urea inizia con la formazione di carbamilfosfato, tramite la condensazione del catione ammonio NH4+, l'anione idrogenocarbonato HCO3- ed una molecola di fosfato organico, catalizzata dalla carbamilfosfato sintetasi I, tramite dispendio di due molecole di ATP. Successivamente, il carbamilfosfato viene fatto condensare con una molecola di ornitina per dare citrullina; la reazione è catalizzata dalla ornitina transcarbamilasi. La citrullina formata esce dal mitocondrio per andare nel citosol, qui adesso viene fatta condensare con una molecola di aspartato dalla argininosuccinato sintetasi formando argininosuccinato. L'argininosuccinato viene scisso in arginina e fumarato dall'argininosuccinato liasi e il fumarato viene indirizzato verso il ciclo di Krebs, o ciclo degli acidi tricarbossilici, come intermedio metabolico per la formazione di ossalacetato precedentemente utilizzato per la formazione di aspartato per transamminazione. Infine, l'arginina è trasformata in ornitina e urea dall'arginasi e quindi, l'urea viene trasportata dal flusso ematico verso i reni e l'ornitina può essere utilizzata per un altro ciclo.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Questo è stato il primo ciclo metabolico ad essere delucidato. Fu chiarito da Hans Adolf Krebs e Kurt Henseleit nel 1932, ma solo successivamente Sarah Ratner e Philip Cohen descrissero in dettaglio le singole reazioni.

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • R.H. Abeles, P.A. Frej, W.P. Jencks, Biochimica, traduzione italiana, ed. Piccin, Padova, 1994
  • A.R. Katritzky, J.M. Lagowski, Principi della Chimica Eterociclica, traduzione italiana, CEA, Milano, 1968
  • G.A. Pagani, A. Abbotto, Chimica Eterociclica, Piccin, Padova, 1995