Cos’è il ciclo dell’urea?

Negli esseri umani e nei mammiferi, quasi l’80% dell’azoto escreto è sotto forma di urea, che viene prodotta attraverso una serie di reazioni che avvengono nel citosol e nella matrice mitocondriale delle cellule epatiche. Queste reazioni sono chiamate collettivamente ciclo dell’urea o ciclo di Krebs-Henseleit.

L’ammoniaca è un prodotto tossico del metabolismo dell’azoto che dovrebbe essere eliminato dal nostro corpo. Il ciclo dell’urea o ciclo dell’ornitina converte l’ammoniaca in eccesso in urea nei mitocondri delle cellule epatiche. L’urea si forma, poi entra nel flusso sanguigno, viene filtrata dai reni e alla fine viene escreta nelle urine.

La reazione complessiva per la formazione di urea dall’ammoniaca è la seguente:

2 Ammoniaca + CO2 + 3ATP —> urea + acqua + 3 ADP

Fasi del ciclo dell’urea

Il ciclo dell’urea è una serie di cinque reazioni catalizzate da diversi enzimi chiave. I primi due passi del ciclo avvengono nella matrice mitocondriale e il resto dei passi avviene nel citosol. Così il ciclo dell’urea attraversa due compartimenti cellulari della cellula epatica.

• Nel primo passo del ciclo di Krebs-Henseleit, l’ammoniaca prodotta nei mitocondri è convertita in carbamoil fosfato da un enzima chiamato carbamoil fosfato sintetasi I. La reazione può essere data come segue:

NH3 + CO2 + 2ATP → carbamoil fosfato + 2ADP + Pi

• Il secondo passo comporta il trasferimento di un gruppo carbamoilico dal carbamoil fosfato all’ornitina per formare citrullina. Questo passo è catalizzato dall’enzima ornitina transcarbamoilasi (OTC). La reazione è data come segue:

Carbamoil fosfato + ornitina → citrullina + Pi

La citrullina così formata viene rilasciata nel citosol per essere utilizzata nel resto delle fasi del ciclo.

• Il terzo passo è catalizzato da un enzima chiamato argininosuccinato sintetasi, che usa la citrullina e l’ATP per formare un intermedio citrullina-AMP, che reagisce con un gruppo amminico dall’aspartato per produrre argininosuccinato. Questa reazione può essere data come segue:

Citrullina + ATP + aspartato → argininosuccinato + AMP + PPi

• Il quarto passo comporta la scissione dell’argininosuccinato per formare fumarato e arginina. L’argininosuccinato liasi è l’enzima che catalizza questa reazione, che può essere rappresentata come segue:

Argininosuccinato → arginina + fumarato

• Nel quinto e ultimo passo del ciclo dell’urea, l’arginina viene idrolizzata per formare urea e ornitina. Questo è catalizzato dall’arginasi e può essere dato come segue:

Arginina → urea + ornitina

La reazione complessiva può essere data come segue:

2NH3 + CO2 + 3ATP g urea + 2ADP + AMP + PPi + 2Pi

Significato del ciclo dell’urea

Lo scopo principale del ciclo dell’urea è di eliminare l’ammoniaca tossica dal corpo. Circa 10-20 g di ammoniaca vengono rimossi dal corpo di un adulto sano ogni giorno. Un ciclo dell’urea disfunzionale significherebbe un eccesso di ammoniaca nel corpo, che può portare all’iperammonemia e alle malattie correlate. La carenza di uno o più degli enzimi chiave che catalizzano varie reazioni nel ciclo dell’urea può causare disturbi legati al ciclo. Difetti nel ciclo dell’urea possono causare vomito, coma e convulsioni nei bambini appena nati. Questo è spesso mal diagnosticato come setticemia e trattato con antibiotici invano. Anche 1 mm di ammoniaca in eccesso può causare danni gravi e irreversibili.

Diagnosi dei difetti del ciclo dell’urea

Un aminogramma del sangue è usato abitualmente nella diagnosi dei disturbi del ciclo dell’urea. La concentrazione degli aminoacidi portatori di azoto, glutammina e alanina, nel plasma è elevata in caso di carenza di OTC. Nei bambini, livelli elevati di acido orotico nelle urine possono essere un indicatore di carenza di OTC. Livelli aumentati di citrullina e argininosuccinato nel sangue si osservano anche in caso di citrullinemia.

Nei bambini più grandi, questi disturbi possono presentarsi sotto forma di arresto della crescita, ritardo psicomotorio e anomalie comportamentali. Quindi, il monitoraggio e la quantificazione dell’ammoniaca nel sangue e dell’acido orotico urinario sono cruciali nei pazienti con sintomi neurologici inspiegabili.

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