Ciclo dell’urea: reazioni

Il ciclo dell’urea detto anche ciclo di Krebs-Henseleit ha lo scopo di trasformare l’ammoniaca in urea, affinché possa essere eliminata con le urine.
L’ammoniaca è un importante sottoprodotto del metabolismo dell’azoto ed è generata in almeno 20 reazioni enzimatiche all’interno dei principali organi del corpo.

Deriva, infatti, dal catabolismo delle proteine costituite da amminoacidi. È una sostanza tossica che deve essere rimossa e la reazione complessiva per la formazione di urea dall’ammoniaca è la seguente:
2 NH₃ + CO₂ + 3 ATP → NH₂CONH₂ + 3 ADP + H₂O

L’urea è prodotta attraverso una serie di reazioni che avvengono nel citosol e nella matrice mitocondriale delle cellule epatiche. Il ciclo coinvolge tre amminoacidi ornitina, citrullina e arginina ed è quindi detto, dalle loro iniziali, ciclo dell’oca

Reazioni del ciclo dell’urea

Primo stadio

Nel primo stadio che avviene nei mitocondri l’ammoniaca si trasforma in carbamilfosfato. La reazione avviene grazie all’enzima carbamilfosfato sintetasi appartenente alla classe delle liasi. Il carbamilfosfato H₂NC(O)OPO₃^2- si ottiene da tre reazioni.

Nella prima reazione il bicarbonato prodotto nel ciclo di Krebs reagisce con l’ATP per dare ADP e carbossilfosfato:
HCO₃^– + ATP → ADP + HO-C(O)OPO₃^2-

Nella seconda reazione il carbossilfosfato reagisce con l’ammoniaca per dare un carbammato:
HO-C(O)OPO₃^2- + NH₃ + OH^– → HPO₄^2- + ^–O-C(O)NH₂ + H₂O

Nella terza reazione il carbammato reagisce con l’ATP per dare ADP e carbamilfosfato:
^–O-C(O)NH₂ + ATP → ADP + H₂NC(O)OPO₃^2-

Secondo stadio

Nel secondo stadio che avviene nei mitocondri il carbamilfosfato reagisce con l’ornitina per dare fosfato e citrullina.

La reazione avviene grazie all’ornitina carbamoiltransferasi, enzima appartenente alla classe delle transferasi, che catalizza la seguente reazione:

carbamilfosfato + ornitina ⇄ fosfato + citrullina

La citrullina così formata è rilasciata nel citosol per essere utilizzata nelle altre fasi del ciclo

Terzo stadio

Nel terzo stadio che avviene nel citosol la citrullina reagisce con l’ATP per formare un intermedio citrullil-AMP. Questo che reagisce con un gruppo amminico dell’aspartato, base coniugata dell’acido aspartico per produrre argininosuccinato.

Questa reazione può essere scritta come:
Citrullina + ATP + aspartato → argininosuccinato + AMP + P_i

Questa reazione è catalizzata dall’argininosuccinato sintasi

Quarto stadio

Nel quarto stadio avviene la scissione dell’argininosuccinato con formazione di fumarato, base coniugata dell’ acido fumarico e arginina. La reazione è catalizzata dall’argininosuccinato liasi e la reazione è rappresentata come
Argininosuccinato → arginina + fumarato

Quinto stadio

Nel quinto stadio del ciclo dell’urea, l’arginina è idrolizzata per formare urea e ornitina. La reazione è catalizzata dall’arginasi, metalloenzima contenente manganese, appartenente alla classe delle idrolasi

Arginina + H₂O → urea + ornitina