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O ciclo da uréia

Degradação oxidativa de aminoácidos

Prof. Dr. Wagner de Jesus Pinto

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Introdução - O ciclo da uréia consiste em cinco reações - duas dentro da mitocôndria e três no citosol. O ciclo utiliza

dois grupos amino, um do NH4+ , e um do aspartato, e um carbono do HCO3

- para formar a uréia, que é relativamente

atóxica. Essas reações utilizam a energia de quatro ligações de fosfato (3 de ATP, que são hidrolizados a 2 ADP e 1

AMP). A molécula de ornitina é a carregadora desses átomos de carbonos e nitrogênios.

Reações do ciclo. A produção da uréia a partir da amônia envolve cinco passos enzimáticos. No primeiro deles a

amônia e o HCO3 são empregados na síntese de carbamoil fosfato, essa reação é catalisada pela enzima carbamoil

fosfato sintetase 1. A carbamoil fosfato sintetase 1é uma enzima reguladora.

O carbamoil fosfato entra então no ciclo da uréia, ele transfere seu grupo carbamil para a ornitina formando

assim citrulina e liberando fosfato inorgânico. Sendo que essa reação é catalisada pela ornitina transcarbamoilase.

Um aspartato fornece o segundo grupo amino que é introduzido no ciclo por uma reação de condensação entre o grupo

amino da aspartato com a carbonila da citrulina formando o argininossuccinato. Essa reação é catalisada pela

arginosuccinato sintetase. O argininosuccinato é transformado em arginina, reação catalisada pela argininosuccinato

liase. Essa reação liberar o fumarato. Na última reação do ciclo a arginase vai quebrar a arginina e libera uréia e

ornitina. A ornitina vai ser reutilizada no ciclo. Em suma, o ciclo da uréia busca remover o grupo NH2 de todos os

aminoácidos já que aminoácidos não podem ser armazenados como ocorre com carboidratos e lipídeos. O NH2 é

convertido primeiramente em amônia, mas como essa sustância é extremamente tóxica para o organismo humano, a

amônia é convertida em uréia, uma sustância solúvel, que pode ser armazenada na bexiga urinária para posterior

excreção.

O primeiro passo do catabolismo dos aminoácidos

O primeiro passo no catabolismo

de todos os aminoácidos envolve a

remoção dos grupos α-amino.

Os tecidos detoxificam a amônia

convertendo-a em glutamato para

transportá-la ao fígado.

A desaminação da glutamina no

fígado libera amônia que é então

convertida em uréia.

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A uréia é a principal forma de eliminação dos grupos amino (NH2) derivados dos aminoácidos e responde por mais de

50% dos componente nitrogenados da urina.

As duas primeiras reações que conduzem à síntese da uréia ocorrem na mitocôndria, enquanto as demais

reações ocorrem no citosol das células uma vez que as enzimas para essas reações encontram-se no citosol.

Análise das reações do ciclo da uréia

A formação da carbamoil fosfato pela enzima carbamoil fosfato sintase I é dependente da clivagem de duas

moléculas de ATP. A amônia incorporada no carbamoil fosfato é obtida principalmente pela desaminação oxidativa do

glutamato. O átomo de nitrogênio derivado desta amônia torna-se um dos nitrogênios da molécula de uréia.

A ornitina e a citrulina são aminoácidos que participam no ciclo da uréia, mas não são incorporados nas

proteínas uma vez que não há códons para eles. A ornitina é regenerada em cada volta no ciclo da uréia da mesma

forma que o oxalacetato é regenerado no ciclo de Krebs.

A liberação de fosfato de alta energia da carbamoil fosfato em forma de Pi direciona a reação para frente. O

produto dessa reação, a citrulina é transportado ao citosol.

5 – O grupo amino do aspartato, fornece um dos átomos de nitrogênio da uréia.

4 - A ornitina é regenerada e transportada para dentro da mitocôndria.

3 - A citrulina é transportada para fora da mitocôndria.

1 - O CO2 fornece o átomo de carbono da uréia.

2 - O NH4 livre um dos dois átomos de nitrogênio da uréia.

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Ciclo da uréia mostrando as estruturas das moléculas envolvidas

A interação do ciclo da uréia com o ciclo de Krebs - Note que o ciclo da uréia gera ácido fumárico

(Fumarato). O fumarato é posteriormente incorporado no ciclo de Krebs. Assim, o ciclo da uréia apresenta o que

podemos chamar de perfil anapletórico. Ou seja, ao mesmo tempo em que exibe um caráter catabólico (catabolizando

aminoácidos) apresenta um caráter anabólico quando gera compostos que podem ser úteis em outras vias metabólicas.

CITOSOL

CICLO DA URÉIA

ARGINILSUCCINATO LIASE

ARGINASE

ARGINILSUCCINATO SINTASE

5 - O grupo amino do aspartato fornece um dos átomos de hidrogênio da uréia.

1 - O CO2 fornece o átomo de carbono da uréia.

2- O NH4 livre um dos dois átomos de nitrogênio da uréia.

4 - A ornitina é regeneradae transportada para dentro da mitocôndria.

3 A citrulina é transportada para fora da mitocôndria.

MITOCÔNDRIA

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Regulação do ciclo da uréia (o N-acetilglutamato como um regulador alostérico da carbamoil fosfato

sintase I) - O N-acetilglutamato é o ativador essencial da carbamoil fosfato sintase I, a etapa limitante no ciclo da

uréia. O N-acetilglutamato é sintetizado a partir de acetil CoA e glutamato. A concentração intra-hepática desse

composto aumenta após a ingestão de uma refeição rica em proteínas, o que conduz a um aumento na velocidade de

síntese da uréia.

Arginilsuccinato

L-Arginina

L-Ornitina URÉIA L-Citrulina

Aspartato

ATP

AMP + PPi

Malato

Malato

CICLO DE

KREBS L-Ornitina L-Citrulina

Carbamoil fosfato

3H + 2ADP + Pi

CO2 + NH4 + 2ATP

Pi

CICLO DA URÉIA

FUMARATO

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Valor diagnóstico das amiotransferases plasmáticas - As aminotransferases são normalmente enzimas

intracelulares. Assim, a presença de níveis elevados de aminotransferases no plasma indica lesão de células ricas

nessas enzimas. Por exemplo, trauma físico ou processos de doença crônica ou não podem desencadear aumento dos

níveis plasmáticos de aminotransferases.

Duas aminotransferases quando encontradas no plasma são de especial valor diagnóstico: a aspartato

aminotrasnferase e a alanina aminotransferase (AST) (ALT). Abaixo estão listadas algumas etiologias da elevação da

aspartato aminotransferase.

FÍGADO

Vírus da hepatite

Cirrose

Disfunção heática induzida

por álcool ou medicamentos

Esteatose hepática

Obstrução biliar extra-hepática

CORAÇÃO

Infarto do miocárdio

Pericardite

MUSCULO

ESQUELÉTICO

Inflamação muscular

Delirium tremens

Cirurgia recente

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Degradação das proteínas circulantes plasmáticas - Para as proteínas em circulação, como os hormônios

peptídicos, a perda de uma porção de ácido siálico, dos terminais não redutores de suas cadeias de oligossacarídeos,

sinalizam a sua degradação. Estas glicoproteínas asialisadas são reconhecidas e internalizadas pelos receptores

asialoglicoprotéicos de células hepáticas. Após isso, elas são degradadas em lisossomos pelas proteases denominadas

“catepsinas”.

O destino do esqueleto carbônico dos aminoácidos – Após a retirada do grupo amina (NH2) e

conseqüente produção de amônia e posteriormente de uréia. O catabolismo dos esqueletos de carbono converge

para formar sete produtos: Oxalacetato, Alfa-cetoglutarato, Piruvato, Fumarato, Acetoacetil CoA, Succinil CoA,

Acetil CoA. Estes produtos entram nas rotas do metabolismo intermediário resultando na síntese de glicose

lipídeos ou na produção de energia através de sua oxidação a CO2 e água pelo ciclo de Krebs. O modelo esquemático

abaixo mostra o destino dos esqueletos carbônicos de aminoácidos.

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A síntese de aminoácidos

Durante o processo evolutivo os seres humanos perderam a capacidade de sintetizar alguns tipos de

aminoácidos devendo esses então serem adquiridos por meio da dieta. Os aminoácidos que a maquinaria bioquímica

humana é incapaz de fabricar são designados aminoácidos não essenciais. Esse termo não significa que eles não são

importantes, apenas que podem ser sintetizados a partir de outros compostos. Os 20 aminoácidos são então divididos

em duas categorias:

Não essenciais Essenciais

- Alanina - Tirosina - Arginina - Metionina

- Asparagina Àcido - Glutâmico - Histidina - Fenilalanina

- Ácido aspartico - Serina - Isoleucina - Lisina

- Cisteína - Glicina - Leucina- - Treonina

- Glutamina - Prolina - Triptofano - Valina

A amônia sob a forma de (NH4+) , é o elemento precursor na síntese de aminoácidos não essenciais. O íon amônio é

adicionado ao α-cetoglutarato numa reação que é realmente o inverso da etapa inicial do ciclo da uréia.

NH4+ + α-cetoglutarato + NADPH Glutamato + NADP

+ + H2O

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Após a formação do glutamato, ele é utilizado como doador de grupamentos amina transferindo-a para os alfa-

cetoácidos por meio de reações de transaminação.

Síntese da Glutamina:

Síntese da Alanina: Ocorre por meio da transaminação do piruvato.

Síntese do asprtato :

Síntese da asparagina : Forma-se a partir da reação entre o íon amônio e o aspartato.

Síntese da serina : É gerada a partir de uma série de reações a partir do 3-fosfoglicerato, um intermediário da

glicólise.

Síntese da glicina: A glicina se forma a partir da serina por remoção de um carbono, juntamente com seu grupo

hidroxila , pela coenzima ácido tetraidrofólico.

Síntese da cisteína: A reação de serina com metionina, um aminoácido essencial, ocorre em várias etapas e leva à

cisteína, substituindo o grupo hidroxila por um sulfidrila (-SH).

Glutamato + NH4+ + ATP Glutamina + ADP + Pi + H

+

Glutamina sintetase

Glutamato + Piruvato Alanina + alfa cetoglutarato

Glutamato-piruvato transaminase

Glutamato + Oxalacetato Aspartato + alfa cetoglutarato

Glutamato transaminase

Aspartato + NH4+ + ATP Asparagina + ADP + Pi + H

+

Asparagina sintetase

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Referências Bibliográficas Básicas

ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WATSON, J.D. – Biologia Molecular da Célula. Artes Médicas, 2008. CHAMPE, P.C.; HARVEY, R.A. – Bioquímica Ilustrada – 2º Edição, Artmed, 2008. LEHNINGER, A.L.; NELSON, L.D.; COX, M.M. – Princípios de Bioquímica. Ed. Sarvier, 2008. MONTGOMERY, R.; CONWAY, W.T.; SPECTOR, A.A. – Bioquímica, uma abordagem dirigida por casos, 5 º ed. Artes Médicas. STRYER, L. – BIOQUÍMICA. 4º ed, Guanabara Koogan, 2008. TRINDADE, D.F; OLIVEIRA, F.P.; BISPO, J.G. – Química Experimental. Ed. Ícone, 1989. VOET, D.; VOET, J.G.; PRATT, C.W. – Fundamentos de Bioquímica. Editora, Artmed, 2000. CAMPBELL, M.K – Bioquímica. 3.ed. Editora Artmed. 2008.

Ciclo de Krebs

α-cetoglutarato-cetoglutarato

+ NH3+

Glutamato

Serina Glutamina Aspartato Prolina

+ oxalacetato

Alanina

Redução + NH3+

Glicina

+ Metionina

Cisteína

+ Piruvato

+ NH3+

Asparagina

Os aminoácidos não essenciais formam-se a partir do glutamato que tem origem no ciclo de Krebs. Fonte: Ucko, D.A –

Química para as ciências da saúde, Uma introdução à química geral, orgânica e biológica. Ed. Manole LTDA, 2º edição,

1992.

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Referencias Bibliográficas de Aprofundamento

BAYNES, J.; DOMINICKZAC, M.H. – Bioquímica Médica. Editora Manole, 2000. DELVIN, M.T. – Textbook of biochemstry with clinical correlactions, fourth edition, 1997. GARRETT, .H.; GRISHAM, C.M. – Biochemstry. Sounders College Publhishers, 1995. ROSTROSKI, R, Jr. – Bioquímica. Guanabara Koogan, 1997. SACKHEIM, G.I; LEHMAN, D.D. – Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8º edição, editora, Manole, 2001. VIEIRA, E.C.; MARES-GUIA,M.; GAZZINELLI, G. – Bioquímica Celular e Biologia Molecular, Atheneu, 1998.