Estágios de ciclo de uréia, enzimas, função, regulação

Ele Ciclo de uréia, Também conhecido como ciclo de ornitina, é um processo metabólico através do qual o amônio (NH4+), produzido durante o catabolismo dos aminoácidos, é transformado em um produto de excreção e eliminado do corpo pela urina na forma de uréia.

Os seres humanos, assim como muitos outros animais terrestres, usam parte da energia que eles têm para catabolizar aminoácidos, ou seja, degradá -los em "partes" menores e obter dessas mais energia ou moléculas para a "construção" de novos compostos utilizável por suas células.

Geralmente, os principais substratos para esse fim vêm da reciclagem de proteínas celulares que são degradadas, da degradação intestinal de proteínas ingeridas com alimentos e metabolismo das proteínas do corpo, produto do jejum ou alguma condição patológica.

O primeiro passo para a degradação de um aminoácido consiste na "separação" de seus grupos amino do restante do esqueleto de carbono e, em muitos casos, esses grupos amino são transferidos para uma molécula de α-zetoglutarato para formar glutamato através de um reação da transaminação.

Nos mamíferos, o glutamato é transportado para as mitocôndrias das células hepáticas, onde uma enzima chamada glutamato desidrogenase libera grupos amino de reações anteriores de transaminação na forma de íons de amônio (NH4+).

Ion amônio (Fonte: Roland Mattern / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Em alguns tecidos, o glutamato não é formado, mas os grupos amino são transportados como o grupo de glutamina ou como o grupo amino de alanina, cujos produtos de "desgosto" cumprem vários objetivos de energia.

Os íons de amônio podem ser usados ​​para a síntese de novos aminoácidos ou outros compostos de nitrogênio ou podem ser excretados do corpo de maneiras diferentes.

De acordo com a maneira como eles eliminam os grupos amino acima mencionados, os animais podem ser classificados como:

- Amonialicos: aqueles que os excretam diretamente como amônia (geralmente espécies aquáticas)

- Ureotélico: aqueles que os excretam como uréia (Muitos animais terrestres)

- Uicotélico: Aqueles que os excretam na forma de ácido úrico (Pássaros e répteis)

O ciclo da uréia, então, é o único.

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Enzimas envolvidas no ciclo da uréia

As enzimas que participam da "fixação" do amônio na uréia são as seguintes:

- Fosfato de carbamoil sintetase i, que participam da síntese de fosfato de carbamoil de bicarbonato e íons de amônio.

- Ornitina transcarbamilase, Isso catalisa a transferência do grupo carbamoil do fosfato de carbamoil para a ornitina, formando citulina.

- Argininoscinação sintetase, Isso catalisa a condensação da citulina com uma molécula de aspartato, formando arginoscinação

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- Argininosuccinação liasa ou argininosuccinase, essencial para o "corte" da argininoscinação em arginina e fumarato.

- Arginase, Capaz de converter arginina em uréia e ornitina.

Estágios do ciclo de uréia

Ciclo de uréia

O ciclo de uréia, descoberto por Hans Krebs e Kurt Henseleit em 1932, ocorre nas células do fígado, uma vez que o fígado é o órgão para o qual todos os íons admoestados produzidos nos diferentes tecidos corporais produzidos nos diferentes tecidos corporais são "canalizados".

Depois que a uréia é produzida a partir de amônio, isso é transportado pela corrente sanguínea para os rins, onde é expulso junto com a urina como material residual.

O ciclo consiste em 5 etapas enzimáticas, duas das quais ocorrem nas mitocôndrias das células hepáticas e 3 que terminam no citosol.

Ilustração de uma mitocôndria

Primeira etapa: Passo de cevada

A primeira coisa que deve acontecer para que o ciclo da uréia possa começar é o transporte dos íons de amor para o fígado e em direção à matriz mitocondrial dos hepatócitos.

Os íons de amônio podem derivar de moléculas "transportadoras", como o glutamato.

No entanto, qualquer que seja a fonte, os íons de amônio que são produzidos nas mitocôndrias dos hepatócitos são rapidamente convertidos em fosfato de carbamoil em uma reação dependente de ATP, ao se conjugar com os íons bicarbonato (HCO3-) produzido durante a manipulação mitocôndica.

Esta reação (cevada ou reação de ativação) é catalisada pela enzima carbamoil sintetase I e requer o consumo de 2 moléculas ATP, como segue:

Íons de amônio (NH4 +) + íons de bicarbonato (HCO3-) + 2ATP → Fosfato de carbamoil + 2ADP + PI

Segundo estágio: Introdução do primeiro átomo de nitrogênio

O fosfato de carbamoil funciona como um doador de carbamoil ativado e participa da segunda reação do ciclo da uréia, que consiste na "doação" ou "entrega" de seu grupo carbamoil à ornitina (C5H12N2O2), que ocorre um novo composto chamado citrulina (C6H13N33), que ocorre um novo composto chamado citrulina (C6H13N33) ).

(1) ornitina + fosfato carbamoil → citulina + pi Pi

Esta reação é catalisada pela enzima ornitina transcarbamilase, uma molécula de fosfato inorgânico e o produto resultante, a citulina, é "enviado" da matriz mitocondrial ao citosol.

A citulina é frequentemente indicada em textos científicos como carbamoil -nitina, para enfatizar o fato de que é ornitina (um tipo de aminoácido dibásico) a molécula em cuja estrutura básica os átomos de nitrogênio que são eliminados pelo ciclo da uréia.

Terceiro estágio: Introdução do segundo átomo de nitrogênio

Um segundo átomo de nitrogênio entra no ciclo da uréia do aspartato, que é gerado nas mitocôndrias por transaminação e é transportado para o espaço citoplasmático. A reação é dada graças à condensação entre o grupo A amino do aspartato e o grupo carbonil da citrulina.

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Nesta etapa, é formado, no citosol, na arginoscinação e a reação é catalisada pela enzima argininoscinação sintetase. Nesse processo, outra molécula ATP é usada e ocorre através de um intermediário conhecido como Samp Citrulil.

(2a) Citulina + ATP → Citrulil-Samp + PPI (pirofosfato)

(2b) citrulil-samp + aspartato → argininosccinação + amp

(3) Argininosuccinação → Fumarato + Arginina

Em alguns textos, essas etapas de reação são conhecidas como 2a e 2b, e a terceira reação é, de fato, a reação reversível através da qual a arginoscinação é cortada para liberar arginina e fumarato livre, também conhecido como argininoscinação liasa.

O fumarato pode entrar nas mitocôndrias e fazer parte do ciclo de Krebs, enquanto a arginina continua no ciclo da uréia.

Quarto estágio: produção de uréia

A arginina produzida no citosol como acabamos de discutir serve como substrato para a enzima que catalisa a última reação do ciclo da uréia: a arginase. Esta enzima é responsável por "cortar" arginina e produzir com uréia e ornitina.

- Destinos de ambos os produtos

A ornitina "regenerada" é transportada do citosol para as mitocôndrias, onde pode participar novamente em outra rodada do ciclo.

A uréia, por outro lado, é transportada para os rins pela corrente sanguínea e é descartada com urina.

Função

O ciclo da uréia permite a eliminação efetiva de íons de amônio, cujo acúmulo é potencialmente tóxico para praticamente todos os animais terrestres.

No entanto, a quantidade de átomos de nitrogênio que são eliminados através desta rota metabólica depende de diferentes condições:

- Uma dieta rica em proteínas, por exemplo, implica o consumo de aminoácidos como combustível energético, por isso leva a uma maior produção de uréia a partir de grupos excedentes de amino.

- O jejum prolongado, que mais cedo ou mais tarde ativa a degradação das proteínas musculares para obter energia, também resulta.

Regulamento

As diferentes variações na atividade do ciclo da uréia podem ser dadas graças à regulação das taxas de síntese das quatro enzimas do ciclo e do fosfato sintético de carbamoil nos hepatócitos, que age na reação inicial da ativação.

Em animais que rapidamente por tempos prolongados, ou naqueles que têm dietas ricas em proteínas, as 5 enzimas envolvidas na rota são sintetizadas a taxas relativamente altas, em comparação com os animais que têm dietas variadas e que ingerem carboidratos e gorduras.

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Apesar do exposto, essas enzimas também são reguladas alostéricamente, por exemplo, a fosfato de carbamoil sintetase I é alestéricamente ativada por n-acetilglutamato, que é produzida a partir de acetil-coa e glutamato pela enzima n-acetillutamato sinthase, cuja atividade é fmelely regulamentando.

Os níveis de síntese desta última enzima dependem da quantidade de acetil-CoA, glutamato e arginina (seu ativador); portanto, essas moléculas participam indiretamente na ativação da primeira etapa do ciclo da uréia.

Distúrbios do ciclo da uréia

Foram descritos numerosos distúrbios ou distúrbios no ciclo da uréia, que têm a ver com defeitos genéticos relacionados às enzimas que catalisam as diferentes etapas de reação e que são responsáveis ​​pelo desenvolvimento de condições conhecidas juntas como hiperamonemias.

Pacientes que sofrem desses distúrbios cobrem uma ampla gama de idades, no entanto, alguns desenvolvem sintomas no período neonatal, durante a infância e puberdade.

O diagnóstico clínico dessas condições patológicas é realizado principalmente medindo a concentração de amônio no plasma sanguíneo e geralmente seu acúmulo implica o desenvolvimento de encefalopatias, algumas das quais podem ser letais ou produzir sequelas neurológicas devastadoras.

O distúrbio mais comum é a deficiência da enzima transcarbamilase, que possui um padrão hereditário ligado ao cromossomo X, enquanto as doenças relacionadas às outras enzimas são doenças autossômicas recessivas, sendo a menos a deficiência na enzima arginase.

Distúrbios no período neonatal

Bebês com deficiências nas 4 primeiras enzimas da rota nascem como bebês "normais", mas em alguns dias eles desenvolvem os sintomas de uma encefalopatia produzida pelo excesso de concentração de amônio. Os sintomas são letargia, fome e finalmente comem.

Quando a encefalopatia não é tratada, o edema pode ser desenvolvido, o que pode terminar com a necessidade de respiradores artificiais.

Distúrbios tardios

Pode ocorrer o caso de pacientes com deficiências parciais nas enzimas do ciclo da uréia; portanto, os sintomas podem aparecer durante a infância, puberdade ou idade adulta.

Entre os sintomas mais comuns estão "vírgulas inexplicáveis" e encefalopatias cuja origem é confirmada através da quantificação de amônio do sangue.

Referências

1. Brody, t. (1998). Bioquímica nutricional. Elsevier.
2. Burton, b. K. (2000). Distúrbios do ciclo da uréia. Clínicas em Doença do Fígado, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. eu., & O'Brien, W. E. (1986). Enzimas de ciclo de uréia de mamíferos. Revisão Anual de Genética, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. V. (2006). Distúrbios do ciclo da uréia e enzimas relacionadas. Desmones metabólicos inatos (pp. 263-272). Springer, Berlim, Heidelberg.
5. Nelson, d. eu., Lehninger, a. eu., & Cox, M. M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Distúrbios do metabolismo de aminoácidos. Na neuroquímica básica (pp. 737-754). Academic Press.