Margherita Ruoppolo » 23.Ciclo dell'urea

Eliminazione dell’azoto

E’ possibile classificare le specie animali in base al prodotto di escrezione attraverso cui eliminano l’azoto:
- Gli animali amminiotelici eliminano l’azoto sotto forma di ammoniaca
- Gli animali ureotelici eliminano l’azoto sotto forma di urea
- Gli animali uricotelici eliminano l’azoto sotto forma di acido urico
Le piante riciclano i gruppi amminici senza alcun tipo di escrezione.

Ciclo dell’urea

Nell’uomo l’ammoniaca è tossica anche a concentrazioni piuttosto modeste. Essa viene incorporata nell’urea, così da essere eliminata senza danni.
Il ciclo dell’urea è stata la prima via metabolica di cui è stata riconosciuta la natura ciclica.
Il ciclo dell’urea si ha soltanto nel fegato.
Questa via ciclica utilizza due compartimenti cellulari: inizia nel mitocondrio e prosegue per tre tappe nel citoplasma.
La localizzazione del ciclo dell’urea è rappresentata in figura.

Reazioni che riforniscono il ciclo dell’urea di gruppi amminici

Il ciclo dell’urea inizia all’interno dei mitocondri degli epatociti. Tre tappe del ciclo avvengono nel citosol.

Reazioni che riforniscono il ciclo dell'urea di gruppi amminici

Reazioni del ciclo dell’urea

L’inizio del ciclo è rappresentato dalla reazione catalizzata dall’ornitina transcarbamilasi.
Il prodotto della prima reazione, la citrullina, esce dal mitocondrio in scambio con l’ornitina che entra e dà luogo alla seconda reazione catalizzata dall’arginosuccinato sintetasi.
La terza reazione porta alla formazione del fumarato e dell’arginina ed è catalizzata dall’arginosuccinato liasi.
La quarta reazione della via ciclica prevede l’idrolisi dell’arginina ad urea e ornitina ed è catalizzata dall’arginasi.
La descrizione dettagliata delle reazioni è fornita nel video.

Principali reazioni del ciclo dell'urea

Costo energetico del ciclo dell’urea

La reazione complessiva del ciclo dell’urea è la seguente:
- NH4⁺ + HCO₃^- + 4ATP + H₂O → UREA + 4ADP + 4P_i
In realtà il costo della sintesi di una molecola di urea è inferiore perché dalla reazione della malato deidrogenasi a ossalacetato si forma un NADH che produce 3 ATP nella fosforilazione ossidativa.

Regolazione del ciclo dell’urea

La regolazione del ciclo dell’urea avviene al livello della carbamil fosfato sintetasi. L’enzima è attivato allostericamente dall’N-acetilglutammato (in figura).
Se la dieta è ricca di proteine si ha un eccesso di gruppi amminici da smaltire con elevata produzione di urea.
Durante il digiuno si attiva la demolizione delle proteine muscolari come rifornimento di sostanze nutrienti.
Nelle due condizioni precedenti, gli enzimi del ciclo dell’urea sono sintetizzati più velocemente.

Attivazione della carbamil fosfato sintetasi

Il ciclo dell’urea è regolato a livello della carbamil fosfato sintetasi I. L’enzima è attivato allostericamente dall’N-acetilglutammato, a sua volta sintetizzato dall’acetil-CoA e dal glutammato in una reazione catalizzata dall’enzima N-acetilglutammato sintasi.

Attivazione della carbamil fosfato sintetasi

Prossima lezione

Struttura e funzione dei nucleotidi

Indice immagini

Figura 1. Reazioni che riforniscono il ciclo dell’urea di gruppi amminici. Il ciclo dell’urea inizia all’interno dei mitocondri degli epatociti. Tre tappe del ciclo avvengono nel citosol.

Figura 2. Attivazione della carbamil fosfato sintetasi