Ciclo da uréia: o que é, características e resumo - Médico - 2023

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As células do nosso corpo (e de qualquer outro animal) são "indústrias" em miniatura que consomem energia para manter sua fisiologia estável e gerar matéria orgânica. Mas, como em qualquer setor, a atividade gera resíduos.

Uma dessas substâncias tóxicas geradas durante o metabolismo celular é o amônio (NH4 +), uma substância química que resulta da degradação de aminoácidos, processo que qualquer célula do corpo realiza para obter energia ou para obter unidades menores que podem ser usadas para o síntese de outras moléculas orgânicas.

De qualquer forma, essa amônia é tóxica (se em quantidade muito alta), como, por exemplo, o dióxido de carbono. O problema é que ele não pode ser eliminado do corpo tão facilmente quanto o CO2, então o corpo teve que desenvolver um processo que permite que a amônia seja convertida em outra molécula que possa ser excretada.

E este processo bioquímico é o ciclo da ureia, uma via metabólica na qual esses grupos amino, que são resíduos tóxicos do metabolismo celular, são convertidos em uréia nas células do fígado, que será secretada na corrente sanguínea e viajará para os rins, onde será filtrada para eliminação pela urina. No artigo de hoje, analisaremos as características dessa via metabólica e ofereceremos um resumo dela.

O que é uma via metabólica?

Antes de começar a analisar o ciclo da ureia em profundidade, é importante primeiro entender o que é uma via metabólica, uma vez que a bioquímica e principalmente o campo do metabolismo celular estão entre os campos de estudo mais complexos da biologia. Mas tentaremos explicá-lo da maneira mais simples possível.

Via metabólica, então, é qualquer processo bioquímico (reações químicas que ocorrem no interior de uma célula) em que, por meio da ação de moléculas catalíticas conhecidas como enzimas, ocorre a conversão de algumas moléculas em outras, aumentando ou diminuindo sua complexidade estrutural. Em outras palavras, uma via metabólica é aquela reação química em que, graças a moléculas que agem acelerando-a, uma molécula A se torna uma molécula B.

A diversidade de vias metabólicas é imensa e, de fato, as células de qualquer órgão ou tecido de nosso corpo são verdadeiras "fábricas" de reações químicas. E tem que ser assim, porque essas rotas, que compõem o metabolismo celular, são a única forma de manter o equilíbrio entre energia e matéria no corpo, pois são esses processos bioquímicos que nos permitem obter energia para nos mantermos vivos mas também aqueles que nos fazem obter matéria para dividir células, reparar tecidos e construir nossos órgãos.

Mas como esse equilíbrio entre energia e matéria é alcançado? Muito “simples”: devido às propriedades químicas das moléculas envolvidas na rota. E é que se a molécula B é mais simples do que A, este processo de "desintegração" vai liberar energia; enquanto se B é mais complexo que A, para sintetizá-lo será necessário consumir energia.

As vias metabólicas são muito complexas, mas todas compartilham alguns princípios comuns. Em seguida, vamos nos concentrar no ciclo da ureia, mas vamos ver em que consiste uma via metabólica em geral.

E em qualquer caminho metabólico os seguintes aspectos entram em jogo: célula, metabólito, enzima, energia e matéria. Se pudermos entender o papel de cada um deles, também entenderemos a base de qualquer via metabólica.

O primeiro conceito é a célula. E isso é simplesmente para lembrar que absolutamente todas as vias metabólicas do corpo ocorrem dentro das células. Dependendo da rota em questão, ele o fará em um ou outro lugar. No caso do ciclo da ureia, ocorre dentro da mitocôndria das células do fígado, ou seja, o fígado.

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É no interior das células, então, que ocorre a conversão de algumas moléculas em outras, que, como já dissemos, é a essência do metabolismo. Mas, nessa área da biologia, não estamos falando de moléculas, mas de metabólitos. E aí vem o segundo conceito. Um metabólito é qualquer produto químico gerado durante o metabolismo celular. Há momentos em que existem apenas dois: uma fonte (metabólito A) e um produto final (metabólito B). No entanto, na maioria das vezes, existem vários metabólitos intermediários.

Mas, esses metabólitos podem se tornar outros sem mais? A via metabólica progride sem qualquer ajuda? Não. Essas reações de conversão química de metabólitos não acontecem “por mágica”. A célula necessita de outras moléculas que, embora não sejam metabólitos, são as que permitem a passagem de um metabólito a outro.

Estamos falando de enzimas, moléculas intracelulares especializadas em catalisar reações de conversão de metabólitos bioquímicos, ou seja, aceleram a via metabólica e também garantem que ela ocorra na ordem e sequência adequadas. Tentar tornar essas reações eficientes sem a ação de enzimas seria como tentar acender um foguete sem fogo.

E chegamos aos dois últimos conceitos, que é o que qualquer rota metabólica se baseia: energia e matéria. E devemos estudá-los juntos porque todas essas reações bioquímicas consistem em um delicado equilíbrio entre o consumo e a produção de energia e matéria.

Energia é a força que alimenta as células, enquanto a matéria é a substância orgânica que compõe nossos órgãos e tecidos. Eles estão intimamente relacionados porque para obter energia temos que degradar a matéria orgânica (que vem dos alimentos), mas para gerar matéria também temos que consumir energia, que está na forma de ATP.

Anabolismo, catabolismo e anfibolismo

O ATP é um conceito muito importante em biologia, pois é a molécula “combustível” do nosso corpo. Todo o metabolismo celular se baseia na obtenção (ou consumo) de moléculas de ATP, que, por suas propriedades químicas, armazenam energia que pode ser liberada pela célula quando necessária para estimular diferentes reações químicas.

Dependendo da relação com este ATP, estaremos diante de um ou outro tipo de rota metabólica. As vias anabólicas são aquelas em que, a partir de metabólitos simples, são “fabricados” outros mais complexos que a célula pode utilizar para formar órgãos e tecidos. Como o metabólito B é mais complexo do que A, é necessário utilizar energia, ou seja, consumir ATP. O caminho produz matéria.

As vias catabólicas, por outro lado, são aquelas em que um metabólito inicial é degradado em outros mais simples. Como o metabólito B é mais simples que A, esse processo de quebra de ligações químicas resulta na obtenção de moléculas de ATP. A rota produz energia. O ciclo da ureia que analisaremos a seguir é desse tipo.

E, por fim, temos as vias dos anfibólios, que, como se pode deduzir do nome, são vias metabólicas mistas, ou seja, combinam as fases anabólica e catabólica. São rotas que culminam na obtenção de ATP, ou seja, energia (parte catabólica), mas também são gerados metabólitos intermediários que são utilizados como precursores por outras rotas metabólicas que buscam gerar matéria orgânica (parte anabólica).

Qual é a finalidade do ciclo da ureia?

O objetivo do ciclo da ureia é muito claro: remover o excesso de nitrogênio do corpo. Nesse sentido, o ciclo da ureia, também conhecido como ciclo da ornitina, é uma via catabólica (um metabólito inicial é degradado em outros mais simples com a consequente obtenção de energia) em que o amônio gerado como resíduo metabólico da célula se transforma em ureia, que ainda é uma substância tóxica, mas pode passar para o sangue e ser filtrada nos rins para ser expelida pela urina.

Como já dissemos, o ciclo da ureia ocorre dentro das mitocôndrias (as organelas celulares que hospedam a maior parte das vias catabólicas) das células do fígado, ou seja, as do fígado.

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Os íons amônio (NH4 +) são gerados durante o catabolismo dos aminoácidos, uma via metabólica diferente na qual essas moléculas são degradadas para obter energia, mas acima de tudo para obter unidades menores (grupos amino) que a célula pode usar para construir novas moléculas, especialmente proteínas.

O problema é que, em excesso, esse amônio é tóxico para as células, por isso entra no ciclo da ureia como metabólito de origem (metabólito A) e passa por uma série de reações de conversão bioquímica que culminam na obtenção de uréia (metabólito final), um produto químico que já pode ser eliminado do corpo através da micção. Na verdade, uma das principais funções da urina é expelir esse excesso de nitrogênio do corpo.

Uma visão geral do ciclo da ureia

Para estudar em profundidade o ciclo da ureia (e qualquer outra via metabólica), precisaríamos de vários artigos. E como o objetivo não é dar uma aula de bioquímica pura, vamos sintetizá-la ao máximo e manter as idéias mais importantes. Se você entendeu o conceito geral da via metabólica e o propósito dessa via em particular é compreendido, já existe muito gado.

A primeira coisa a esclarecer, novamente, é que essa via metabólica ocorre nas células do fígado (do fígado), que são aquelas que recebem íons amônio de todo o corpo para serem processados. E mais especificamente nas mitocôndrias, organelas celulares que "flutuam" pelo citoplasma e que hospedam as reações bioquímicas para obtenção de energia.

Isso faz todo o sentido do mundo, pois não podemos esquecer que o ciclo da uréia é uma rota catabólica, já que a uréia é mais simples que o amônio, então sua conversão culmina na obtenção de moléculas de ATP. Portanto, embora seu propósito não seja gerar energia, ainda é uma rota catabólica.

Agora que o propósito e onde ele ocorre estão claros, podemos analisá-lo desde o início. De maneira geral, o ciclo da ureia é concluído em 5 etapas, ou seja, há 5 conversões de metabólitos catalisadas por 5 enzimas diferentes. O primeiro desses metabólitos é o amônio e o último, a uréia.

Em primeiro lugar, os íons amônio que chegam às células do fígado são convertidos, gastando energia (isso é uma reação catabólica não significa que tudo gere energia, mas que no final do percurso o balanço é positivo), em um metabólito conhecido como fosfato de carbamoil.

Sem entrar em mais detalhes, esse segundo metabólito passa por conversões químicas aceleradas induzidas por diferentes enzimas até chegar à arginina, o penúltimo metabólito. Aqui, a última enzima entra em ação (arginase), que catalisa a quebra da arginina em uréia, por um lado, e ornitina, por outro. Por isso, também é conhecido como ciclo da ornitina. As últimas reações do ciclo da ureia ocorrem no citoplasma da célula.

Esta ornitina entra novamente na mitocôndria para ser usada em outras vias metabólicas, enquanto a uréia sai da célula e é secretada na corrente sanguínea, através da qual chega aos rins.

Uma vez lá, as células renais filtram a uréia, que é um dos principais componentes da urina. Desta forma, quando urinamos, eliminamos o excesso de nitrogênio do corpo e evitamos que seja tóxico.