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 e 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 e 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 wikitesto]

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- e 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.

Regolazione[modifica | modifica wikitesto]

Il ciclo dell'urea subisce una duplice regolazione: una definita come "a lungo termine", l'altra definita come "a breve termine". Nel primo caso si osserva come la modulazione dell'attività catalitica degli enzimi dipenda dalla composizione della dieta, infatti, nel caso in cui si assumi una dieta ricca di proteine, i cinque enzimi della via metabolica vengono sintetizzati molto più velocemente poiché si compensa il rilascio dei gruppi amminici successivamente alla degradazione delle proteine digerite. La stessa situazione si osserva nel caso in cui si è sottoposti ad un periodo di digiuno, ma, in questo caso, la fonte delle proteine e dei gruppi amminici è differente poiché proviene dalla degradazione delle proteine muscolari. La regolazione a "breve termine", invece, consiste nella produzione di N-acetilglutammato, attivatore allosterico dell'enzima carbamil fosfato sintetasi I. Questo composto viene formato a partire da una molecola di glutammato e una di acetil-CoA, grazie all'azione dell'enzima N-acetilglutammato sintasi, a sua volta attivato grazie ad un aumento delle concentrazioni di arginina (intermedio del ciclo dell'urea).

Cenni storici[modifica | modifica wikitesto]

Il ciclo dell'urea fu il primo ciclo metabolico a essere delucidato. Venne chiarito da Hans Adolf Krebs e Kurt Henseleit nel 1932, ma solo successivamente Sarah Ratner e Philip Cohen descrissero in dettaglio le singole reazioni.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • 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
  • D.L. Nelson, M.M. Cox, "I Principi Di Biochimica Di Lehninger", Zanichelli, 2006

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