Concetti Chiave
- Il ciclo dell'urea converte l'ammoniaca in urea, attraverso un processo che avviene principalmente nel fegato e richiede cinque tappe energetiche.
- Il ciclo è alimentato da glutammina e alanina, e include reazioni nel mitocondrio e nel citosol degli epatociti.
- Collegato al ciclo di Krebs tramite il fumarato, il ciclo dell'urea utilizza l'energia generata per ottimizzare il suo costo energetico.
- Le alterazioni del ciclo dell'urea possono essere curate con benzoato e fenilbutirrato, che aiutano a eliminare l'azoto in eccesso.
- Le carenze enzimatiche nel ciclo possono essere trattate con carbammil glutammato, arginina o una dieta ipoproteica a seconda dell'enzima mancante.
Il ciclo dell'urea
Abbiamo detto finora che la degradazione di amminoacidi, produce ammoniaca (NH₃/NH₄⁺), che tramite ciclo dell’urea viene convertita in urea ed eliminata con l’urina. La produzione di urea avviene quasi solo nel fegato e si serve di 5 tappe per spezzettare il costo energetico.
L’ammoniaca viaggia fino al fegato sottoforma di glutammina e alanina. Una volta arrivati al fegato, scaricano l’ammoniaca nei mitocondri degli epatociti. Una piccola parte dell’ammoniaca viene prodotta anche dai batteri nell’intestino ed arriva al fegato mediante la vena porta. Il ciclo dell’urea avviene in parte nel mitocondrio e in parte nel citosol.
Dettagli del ciclo dell'urea
La glutammina libera il primo NH₄⁺ e si trasforma in glutammato (enzima glutamminasi). Dopodiché il glutammato cede anche l’altro NH₄⁺ e produce α-chetoglutarato (enzima glutammato deidrogenasi). Una prima molecola di ATP serve ad attivare la CO₂ (carbossifosfato). Dopodiché l’ammoniaca entra al posto del fosfato, producendo carbammato. Infine, una seconda ATP cede un gruppo fosfato per produrre carbamil fosfato. Il carbamil fosfato + ornitina forma la citrullina, mediante l’enzima ornitina transcarbamilasi. La citrullina esce dal mitocondrio e va nel citosol. L’ornitina è un aminoacido non proteico, cioè non produce proteine. L’Arginina viene scissa in urea + ornitina, mediante l’enzima arginasi.
L’ornitina rientra nel mitocondrio per un nuovo ciclo.
Collegamento tra cicli metabolici
Il costo del ciclo dell’urea è quindi 3 ATP, che viene in parte pagato grazie al fumarato che può entrare nel ciclo di Krebs per produrre 2,5 ATP. Infatti, il fumarato viene convertito in malato mediante la fumarasi, il quale entra nel mitocondrio e col ciclo di Krebs produce 1 NADH, cioè 2,5 ATP. Il ciclo di Krebs e il ciclo dell’urea sono collegati dallo Shunt dell'aspartato-argininosuccinato. Il collegamento avviene attraverso due molecole principali che "viaggiano" tra i due cicli: Il Fumarato: viene prodotto può rientrare nel mitocondrio sottoforma di malato per partecipare al ciclo di Krebs. Infine, il NOS (Ossido Nitrico Sintasi) utilizza l’arginina del ciclo dell’urea per produrre Ossido Nitrico (NO) + citrullina. Quest’ultima rientra nuovamente nel ciclo dell’urea e viene riutilizzata.
Alterazioni del ciclo dell’urea
Cure per alterazioni del ciclo
Una possibile cura consiste nella somministrazione di benzoato e fenilbutirrato.
- Benzoato: si combina con glicina (contiene azoto) e forma forma ippurato, che viene escreto con le urine. La glicina sintasi consumerà ammoniaca per produrre altra glicina.
- Fenilbutirrato: viene convertito in fenilacetato tramite b-ossidazione. Dopodiché si lega al CoA, formando fenilacetil-CoA che si combina con glutammina (contiene azoto) e forma fenilacetilglutammina, escreto con le urine.
In questi modi, eliminando glutammina e glicina, eliminiamo azoto. Cure per le carenze degli enzimi del ciclo dell’urea
- La mancanza dell’N-acetilglutammato sintasi determina l’assenza di N-acetilglutammato (attivatore della carbammil fosfato sintetasi I). La cura prevede la somministrazione di carbammil glutammato, che è un attivatore analogo.
- La mancanza di enzimi intermedi (ornitina transcarbamilasi, argininosuccinato sintetasi o argininosuccinasi) viene curata somministrando arginina, in modo tale da mantenere attiva la almeno la parte finale del ciclo dell’urea.
- La mancanza dell’arginasi viene curata con una dieta ipoproteica.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo principale del ciclo dell'urea nel metabolismo degli amminoacidi?
- Quali sono le fasi principali del ciclo dell'urea?
- Come si collega il ciclo dell'urea al ciclo di Krebs?
- Quali sono le opzioni di trattamento per le alterazioni del ciclo dell'urea?
- Qual è l'importanza dell'ornitina nel ciclo dell'urea?
Il ciclo dell'urea converte l'ammoniaca, prodotta dalla degradazione degli amminoacidi, in urea, che viene poi eliminata con l'urina, principalmente nel fegato.
Il ciclo dell'urea comprende cinque tappe, iniziando dalla conversione della glutammina in glutammato e culminando nella scissione dell'arginina in urea e ornitina, con l'uso di ATP e vari enzimi.
Il ciclo dell'urea è collegato al ciclo di Krebs tramite il fumarato, che può essere convertito in malato e contribuire alla produzione di ATP, evidenziando l'interazione tra i due cicli metabolici.
Le cure includono la somministrazione di benzoato e fenilbutirrato, che aiutano a eliminare l'azoto, e l'uso di carbammil glutammato o arginina per compensare le carenze enzimatiche.
L'ornitina è un aminoacido non proteico che gioca un ruolo cruciale nel ciclo dell'urea, rientrando nel mitocondrio per riprendere il ciclo dopo la scissione dell'arginina.
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