41.4: Residuos nitrogenados
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- Comparar y contrastar la forma en que los animales acuáticos y terrestres pueden eliminar el amoníaco tóxico de sus sistemas
- Comparar el principal subproducto del metabolismo del amoníaco en animales vertebrados con el de aves, insectos y reptiles
De las cuatro macromoléculas principales en los sistemas biológicos, tanto las proteínas como los ácidos nucleicos contienen nitrógeno. Durante el catabolismo, o descomposición, de macromoléculas que contienen nitrógeno, se extraen y almacenan carbono, hidrógeno y oxígeno en forma de carbohidratos y grasas. El exceso de nitrógeno se excreta del cuerpo. Los desechos nitrogenados tienden a formar amoníaco tóxico, lo que eleva el pH de los fluidos corporales. La formación de amoníaco en sí requiere energía en forma de ATP y grandes cantidades de agua para diluirlo fuera de un sistema biológico. Los animales que viven en ambientes acuáticos tienden a liberar amoníaco en el agua. Se dice que los animales que excretan amoníaco son amonotélicos. Los organismos terrestres han desarrollado otros mecanismos para excretar desechos nitrogenados. Los animales deben desintoxicar el amoníaco convirtiéndolo en una forma relativamente no tóxica como la urea o el ácido úrico. Los mamíferos, incluidos los humanos, producen urea, mientras que los reptiles y muchos invertebrados terrestres producen ácido úrico. Los animales que secretan urea como material de desecho nitrogenado primario se denominan animales ureotélicos.
Residuos nitrogenados en animales terrestres: el ciclo de la urea
El ciclo de la urea es el mecanismo principal por el cual los mamíferos convierten el amoníaco en urea. La urea se elabora en el hígado y se excreta en la orina. La reacción química global por la que el amoníaco se convierte en urea es 2 NH 3 (amoníaco) + CO 2 + 3 ATP + H 2 O → H 2 N-CO-NH 2 (urea) + 2 ADP + 4 P i + AMP.
El ciclo de la urea utiliza cinco etapas intermedias, catalizadas por cinco enzimas diferentes, para convertir el amoníaco en urea, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). El aminoácido L-ornitina se convierte en diferentes intermedios antes de ser regenerado al final del ciclo de la urea. Por lo tanto, el ciclo de la urea también se conoce como el ciclo de la ornitina. La enzima ornitina transcarbamilasa cataliza un paso clave en el ciclo de la urea y su deficiencia puede conducir a la acumulación de niveles tóxicos de amoníaco en el organismo. Las dos primeras reacciones ocurren en las mitocondrias y las últimas tres reacciones ocurren en el citosol. La concentración de urea en la sangre, llamada nitrógeno ureico en sangre o BUN, se utiliza como indicador de la función renal.
Conexión Evolutiva: Excreción de Residuos Nitrógenos
La teoría de la evolución propone que la vida se inició en un ambiente acuático. No es sorprendente ver que vías bioquímicas como el ciclo de la urea evolucionaron para adaptarse a un entorno cambiante cuando evolucionaron las formas de vida terrestres. Las condiciones áridas probablemente condujeron a la evolución de la vía del ácido úrico como medio de conservación del agua.
Residuos Nitrógenos en Aves y Reptiles: Ácido Urico
Aves, reptiles y la mayoría de los artrópodos terrestres convierten el amoníaco tóxico en ácido úrico o el compuesto estrechamente relacionado guanina (guano) en lugar de urea. Los mamíferos también forman algo de ácido úrico durante la descomposición de los ácidos nucleicos. El ácido úrico es un compuesto similar a las purinas que se encuentran en los ácidos nucleicos. Es insoluble en agua y tiende a formar una pasta o polvo blanco; es excretado por aves, insectos y reptiles. La conversión de amoníaco en ácido úrico requiere de más energía y es mucho más compleja que la conversión de amoníaco en urea Figura\(\PageIndex{2}\).
Conexión diaria: Gota
Los mamíferos utilizan cristales de ácido úrico como antioxidante en sus células. Sin embargo, demasiado ácido úrico tiende a formar cálculos renales y también puede causar una dolorida afección llamada gota, donde los cristales de ácido úrico se acumulan en las articulaciones, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{3}\). Las elecciones alimentarias que reducen la cantidad de bases nitrogenadas en la dieta ayudan a reducir el riesgo de gota. Por ejemplo, el té, el café y el chocolate tienen compuestos similares a la purina, llamados xantinas, y deben ser evitados por personas con gota y cálculos renales.
Resumen
El amoníaco es el residuo producido por el metabolismo de compuestos que contienen nitrógeno como proteínas y ácidos nucleicos. Si bien los animales acuáticos pueden excretar fácilmente amoníaco en sus alrededores acuosos, los animales terrestres han desarrollado mecanismos especiales para eliminar el amoníaco tóxico de sus sistemas. La urea es el principal subproducto del metabolismo del amoníaco en animales vertebrados. El ácido úrico es el principal subproducto del metabolismo del amoníaco en aves, artrópodos terrestres y reptiles.
Glosario
- amoníaco
- compuesto compuesto de un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno
- ammonotélico
- describe a un animal que excreta amoníaco como material de desecho primario
- antioxidante
- agente que evita la destrucción celular por especies reactivas de oxígeno
- nitrógeno ureico en sangre (BUN)
- estimación de urea en la sangre y un indicador de la función renal
- ciclo de urea
- vía por la cual el amoníaco se convierte en urea
- ureotélico
- describe animales que secretan urea como material de desecho nitrogenado primario
- ácido úrico
- subproducto del metabolismo del amoníaco en aves, insectos y reptiles