Ciclo de la Urea y Ciclo de Krebs: ¿Existe algún tipo de relación entre ellos?

Además de que fueron descubiertos por la misma persona (estamos hablando del bioquímico Alemán Hans Adolf Krebs, quien fue reconocido por descubrir el ciclo de la urea en 1932 y, más tarde, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos en 1937) sí existe una interrelación química entre ellos y por eso se les ha denominado como doble ciclo de Krebs.

Ciclo de la Urea

Al degradarse las proteínas, por ejemplo, en el rumen de una vaca, las bacterias proteolíticas que habitan en el mismo (por una relación simbiótica con el animal) atacan estas macromoléculas y se obtienen aminoácidos, los cuales a su vez sufren un proceso de “desaminación” (realizado por las bacterias amoniogénicas), el cual consiste en eliminar el grupo amino del aminoácido y que le mismo sea liberado en forma de amoníaco (NH3), para que el aminoácido se transforme en una simple cadena hidrocarbonada. La acumulación de amonio (forma protonada del amoníaco, cuya fórmula molecular es NH4+) tiene consecuencias tóxicas ya que causa depresión del sistema nervioso central. Por lo tanto, se debe eliminar con la misma rapidez con la con la que se genera.

En animales amoniotélicos, por ejemplo, peces óseos, el amoníaco se libera rápidamente de la sangre en las branquias, gracias al gran volumen de agua que pasa a través de éstas. Las bacterias y protozoos simplemente liberan el amoníaco al medio en que el agua es abundante, donde se disuelve este compuesto
Mientras que los animales uricotélicos, las aves y reptiles, la disponibilidad de agua es limitada. Puesto que la excreción de urea por la orina necesita un gran volumen de agua, esta circunstancia haría imposible el vuelo de las aves y provocaría una deshidratación de los reptiles que habitan hábitats áridos. Para evitar esto, el amoniaco se convierte en ácido úrico, compuesto insoluble que se excreta en forma de masa semisólida de cristales de ácido úrico en las heces.
En la especie humana, ureotélica, el ión amonio es un compuesto muy tóxico que se convierte en el hígado y el riñón en urea, en el llamado ciclo de la urea. Ésta pasa al torrente sanguíneo y es eliminada por el riñón en la orina.

La urea se forma a lo largo de una secuencia de cinco reacciones en el hígado (específicamente en las mitocondrias y citoplasma de los hepatocitos):

Reacciones:

1. El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato. Esta reacción no se considera perteneciente al ciclo de la Urea propiamente dicho.

2. El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.

3. El segundo grupo amino procedente del aspartato se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP y produce como intermediario de la reacción citrulil-AMP.

4. El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.

5. La arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.

6. La urea es excretada a través de la orina y la ornitina es trasladada a la mitocondria, para que nuevamente reaccione con el carbamoil fosfato y el ciclo continúe.


En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas

                           

Relación con el Ciclo de Krebs

• El fumarato producido en la reacción de la argininosuccinato liasa, ingresa a la mitocondria, donde es blanco de la fumarasa y malato deshidrogenasa para formar oxalacetato. Este último es un intermediario del ciclo de Krebs que se une a la AcetilCoA para dar citrato, durante la primera reacción del ciclo. 
• El aspartato que actúa como dador de Nitrógeno en el ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato por transaminación desde el glutamato. 

MDH: Malato Deshidrogenasa
GOT: glutamato-oxalacetato transaminasa