Aspectos clave del ciclo de la urea
con relación al metabolismo energético y proteico en vacas lactantes
MSc
Héctor J. Correa C.* y Zoot. Andrés E Cuéllar
G.**. 2004. Revista Colombiana de
Ciencias Pecuaria 17:1.
*Profesor asistente.
Depto. de Producción Animal, Fac. de Ciencias Agrop., Univ. Nacional de
Colombia, Medellín.
**Profesor asociado.
Depto. de Producción Animal, Fac. de Ciencias Agrop., Univ. Nacional de
Colombia, Medellín.
Volver a: Suplementación proteica y con NNP
Resumen
El uso de
altas cantidades de fertilizantes nitrogenados en las lecherías especializadas,
ha conducido a cambios importantes en las características nutricionales de los
forrajes, incrementando el contenido de nitrógeno total (proteína cruda) y su
fracción soluble (fracción a) a expensas de la proteína verdadera. Este hecho
ha generado un aumento exagerado del contenido de nitrógeno fermentable que
aparece como amonio el cual no alcanza a ser utilizado por la flora ruminal y
pasa con relativa facilidad al torrente circulatorio; posteriormente debe ser
transformado en el hígado a urea y eliminado en la orina o en la leche. Las
vacas lactantes utilizan sus reservas proteicas (además del propionato
ruminal), a favor de la síntesis de glucosa. Los aminoácidos producto del
catabolismo proteico, sufren un proceso de transaminación para confluir, la mayoría
de ellos, en el glutamato a partir de a-cetoglutarato como cetoácido receptor.
En el interior de la mitocondria, en presencia de la glutamato deshidrogenasa
es liberado el amonio y éste, en presencia de la carbamoil – fosfato sintetasa,
bicarbonato y dos moles de ATP, forma el carbamoil fosfato (CaP), el que más
adelante liberará urea. El amonio libre procedente de la absorción ruminal
puede formar también Carbamoil Fosfato (CbP), sin embargo, esta reacción tiene
baja afinidad a diferencia de la formación del glutamato a partir del mismo
amonio y alfa- cetoglutarato. La unión del glutamato con otra molécula de
amonio produce glutamina la cual es un vehículo muy empleado por el organismo
para deshacerse del amonio a nivel renal. La retención del amonio como
glutamato constituye un gasto del alfa- cetoglutarato, el cual es un importante
precursor de la glucosa con lo que la gluconeogénesis a partir de este
metabolito se puede ver disminuida.
Paralelamente,
el aumento en la actividad ureogénica conlleva al incremento en las necesidades
de ciertos aminoácidos, como la metionina, para la formación del aspartato. De
esta manera, la producción de urea puede ser el resultado de la movilización de
proteínas corporales para suplir las necesidades de glucosa y/o de la absorción
elevada de amonio proveniente del rumen. De otro lado, existen factores
metabólicos que reducen la síntesis de la urea, como es el caso de la excesiva
acumulación de grasas en el hígado, producto de la movilización de tejido
adiposo; bajo esta condición, el amonio probablemente tomaría la ruta del
glutamato y la glutamina incrementando la excreción de amonio vía renal. Al
parecer esta vía de excreción también es utilizada cuando se incrementa la
acidosis metabólica, ya que se presenta una mayor movilización de proteínas
corporales incrementándose la síntesis de glutamina. En cuanto al balance
energético que arroja la formación de la urea, existen diferencias dependiendo
del origen del amonio. Así, cuando el amonio ingresa como tal proveniente desde
el rumen sin formación de glutamato, el balance es de –1 ATP por mol de urea
formada en tanto que cuando se hace por la vía del glutamato, este es de +2
ATP.
Palabras
Clave: Bovinos, vaca,
producción de leche, leche, nutrición, alimentación, forrajes, proteína, PC,
PB, nutrientes, fertilizantes, nitrógeno, amonio, aminoácidos, gluconeogénesis,
glucosa, urea, ureagénesis, metabolismo, Krebs, energía.
Introducción
Durante estas
cinco décadas posteriores a la segunda guerra mundial, la producción agropecuaria
se ha hecho cada vez más especializada. Uno de los resultados de esta
especialización fue la aparición de grandes unidades ganaderas sobre pequeñas
áreas en donde uno de los factores que más contribuyó a esta especialización,
fue la aparición de fertilizantes nitrogenados a bajo costo (9).
La ganadería
de leche especializada en el departamento de Antioquia, no ha escapado a esta
tendencia. Un ejemplo de ello es el hato de ganado lechero de la Universidad
Nacional, sede Medellín, en el que desde 1956 la producción por lactancia
promedio pasó de
El recurso
forrajero que predomina en este hato es el pasto kikuyo (Pennisetum
clandestinum), cuyas características bromatológicas han sido descritas por
Osorio (27) y que coinciden con los planteamientos de Carulla (3) quien asegura
que los sistemas de producción de la zona andina, particularmente los
intensificados, se basan en el uso intensivo de praderas altamente
fertilizadas, donde los animales son suplementados con concentrado. Las
pasturas de estos sistemas son generalmente monocultivos de kikuyo y/o ryegrass
(Lolium perenne). Bajo estas condiciones, los niveles de proteína de
estas praderas son altos (en promedio de 21% de PC).
El alto
contenido de proteína cruda (PC) es consecuencia del uso indiscriminado de
fertilizantes nitrogenados, particularmente de urea. La fertilización
nitrogenada es la forma más generalizada de incrementar la biomasa forrajera,
incremento que trae aunado un aumento en la carga animal y, en consecuencia, en
producción por hectárea. Por otra parte, la fertilización nitrogenada permite
el pastoreo a edades más tempranas lo que trae aparejado una mayor
digestibilidad del forraje, un mayor consumo del mismo y una mayor producción
por animal (11, 35). De esta forma se resumen los beneficios que representa la
fertilización nitrogenada en lo que respecta a la producción animal y por
hectárea, que la hacen tan popular.
Rodríguez
(35) caracterizó las fracciones de la PC del pasto kikuyo indicando que la
fracción soluble (a) representa alrededor del 40% de la PC y que entre el 90 y
el 100% de esta fracción está conformada por nitrógeno no proteico (NNP).
Adicionalmente, la fracción b (proteínas no solubles) representa cerca del 40%
de la PC en tanto que la fracción c varía entre el 10 y el 20% restante.
En general,
la fertilización nitrogenada conduce a un incremento en el contenido de N en el
forraje (22, 23, 39) aunado a un incremento en el N soluble y el NNP, es decir,
en la fracción a, en detrimento de la fracción b (34). La fracción c no parece
modificarse por la fertilización nitrogenada (35) o puede manifestar un
incremento (22). Esto sugiere que la mayor parte de la proteína de nuestros
forrajes se degrada en el rumen y su uso, por parte de la vaca lechera,
dependerá de la incorporación de la misma por los microorganismos del rumen a
través de la síntesis de proteína microbial (4). Estos forrajes aportan más
proteína degradable de la que los microorganismos del rumen pueden utilizar
para síntesis de proteína microbial. Este exceso de proteína implica que una
gran parte de la proteína del forraje se pierde y es excretada en la orina o en
la leche como urea según lo señalan los hallazgos de Messman et al (22). Estos
autores encontraron que la fertilización nitrogenada incrementa la
digestibilidad aparente y afecta el balance del N en vacas secas: incrementa el
consumo, la excreción fecal y urinaria y la cantidad de N retenido. Esto
también estaría explicado por el hecho de que esta forrajera se caracteriza por
su bajo contenido de carbohidratos no estructurales que aunado al alto
contenido de proteína degradable en rumen conducen, probablemente, a una baja
síntesis de proteína microbial, alta formación de amonio ruminal y, por ende, a
una baja utilización del N.
Teniendo en
cuenta que las vacas de alta producción consumen regularmente altos niveles de
suplementos con
El objetivo
de este trabajo es revisar las implicaciones que representa el ciclo de la urea
con relación al metabolismo del nitrógeno en vacas lactantes alimentadas sobre
una base forrajera como la descrita previamente.
El ciclo de la urea
El hígado
cumple un papel clave en el metabolismo del N dado que en este órgano se
presenta uno de los procesos más importantes dentro de su metabolismo: el ciclo
de la urea. Este órgano está localizado en un sitio anatómicamente estratégico
toda vez que los nutrientes solubles en agua absorbidos desde el tracto
gastrointestinal son transportados directamente a él (2). El hígado, no
obstante representar cerca del 5% de la masa corporal, consume entre el 21 y
25% del gasto energético del cuerpo (20). Sin embargo, ha sido establecido que
la tasa de uso de energía por el hígado se incrementa con el aumento en la
producción de leche, asociado esto, principalmente, con la modificación de
nutrientes disponibles para formar aquellos que no se encuentran disponibles
para la síntesis de la leche (6, 7). Freetly y Ferrell (7) señalan que el
incremento en el consumo de oxígeno hepático a medida que se incrementa la
producción de leche, es debido probablemente al incremento en gluconeogénesis y
ureagénesis.
Los rumiantes
absorben el N principalmente como amonio por la pared ruminal y aminoácidos y
péptidos a nivel duodenal (1, 32, 41). Por su parte, Annison y Bryden (1)
aseguran que en vacas lactantes de alta producción que pastorean pasturas
frescas con alto contenido de proteína degradable y nitrógeno no proteico, a
menudo presentan una tasa muy alta de transformación del amonio ruminal en
urea. El amonio es un compuesto neurotóxico observándose un marcado daño
cerebral en aquellos casos en los que los procesos de eliminación fallan (15).
El hígado remueve y detoxifica el amonio absorbido desde el tracto digestivo,
transformándolo principalmente en urea (véase Figura 1) la cual posteriormente
es reciclada por saliva o pared ruminal, o eliminada por orina y leche (1,14).
Figura 1. El ciclo de la
urea (adaptado de
Maynard et al (21))
El primer
paso en la síntesis de la urea se da en el interior de la mitocondria y
consiste en la formación de carbamoil fosfato (CbP) a partir de amonio y
bicarbonato, reacción en la que se requieren dos ATP y es mediada por la enzima
carbamoil – fosfato sintetasa I (E.C. 6.3.5.5; CPS – I) (15, 40). Existen dos
enzimas CPS: una mitocondrial, CPS – I, la cual participa en la formación del
CbP, y otra citosólica (CPS – II), involucrada en la biosíntesis de nucleótidos
de pirimidina (15). Esta primera reacción es clave en lo que se refiere al
balance nitrogenado del organismo. Para entender esto, es necesario analizar el
origen de la molécula de amonio.
Los rumiantes
absorben cantidades importantes de N como amonio. Para muchas dietas, los
rumiantes absorben más nitrógeno como amonio que como aminoácidos (33).
Reynolds et al (33) estimaron que la absorción neta de amonio hacia el sistema
porta puede representar hasta 49% del N consumido. Esto es particularmente
importante en condiciones en las que vacas de alta producción pastorean
forrajes jóvenes con alto contenido de proteína y de N no proteico que resulta
en altos niveles de amonio en rumen (1). Incluso, aunque parte del N sea
absorbido como aminoácidos, existe un uso importante de aminoácidos en el
tracto intestinal para la síntesis de proteína y para gluconeogénesis (20).
Mutsvangwa et
al (25) por su lado, señalan que el nitrógeno que es absorbido por los
rumiantes en forma de amonio varía en 30 y 80% del nitrógeno total absorbido.
Bajo estas condiciones, el amonio entraría como tal al ciclo de la urea para
hacer parte del CbP. Esta reacción, sin embargo, es de baja afinidad por el
amonio debido a que la constante de Michaelis (Km) de la carbomoil fosfato
sintetasa para este metabolito es de 2 mmol/L (14) mientras que la de la
glutamato deshidrogenasa oscila entre 0.51 y 1.04 mmol/L (13). Esto significa
que existe una mayor dificultad relativa para formar el complejo entre la
enzima y los sustratos con lo que la concentración de los sustratos necesaria
para alcanzar la mitad de la velocidad máxima de reacción es mayor en
comparación con enzimas con una Km más baja, como lo es la glutamato
deshidrogenasa (26). De esta manera, el amonio que deja la zona intermedia del
hígado, que es donde se concentran las enzimas que participan en el ciclo de la
urea, debe ser incorporado a otra reacción (14): la formación de glutamato
(véase Figura 2).
Figura 2. Formación de
glutamato (adaptado
de King (15)).
La vía del glutamato y la glutamina
El glutamato
puede ser formado a partir de amonio y alfa - cetoglutarato reacción que es
catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa (E.C. 1.4.1.2) (15). El NADPH
actúa, en este caso, como cofactor dando como resultado la formación de NADP.
En no rumiantes, esta ruta es importante ya que el exceso de amonio puede ser
retenido como glutamato o glutamina cuando la capacidad de la reacción
catalizada por la CPS-I es excedida (10). Esta reacción también es de esperarse
en rumiantes, particularmente cuando consumen dietas que generen altas
cantidades de amonio en rumen. En estas condiciones, una parte del amonio
absorbido ingresa al ciclo de la urea al formar CbP mientras que otra porción,
dependiendo de la cantidad de amonio absorbida, será retenida por la ruta del
glutamato. Este aminoácido, a su vez, se puede condensar con otra molécula de
amonio para formar glutamina, reacción que es catalizada por la enzima
glutamina sintetasa (15). Esta reacción, al contrario de la catalizada por la
carbamoil fosfato sintetasa I, es de baja capacidad pero de alta afinidad (14).
La vía de la
glutamina es importante por varias razones. Primero, produce el aminoácido
glutamina, uno de los 20 principales aminoácidos. En segundo lugar, en los
mamíferos la glutamina es el principal aminoácido establecido en el sistema
circulatorio. Su papel es transportar amonio desde varios tejidos,
principalmente tejidos periféricos, hacia el riñón, donde es hidrolizada por la
enzima glutaminasa para regenerar glutamato liberando el ión amonio. Este
último es finalmente excretado en orina (15). De esta forma, la glutamina
permite excretar rápidamente, sin necesidad de pasar a través del ciclo de la
urea, el ión amonio. Este proceso, sin embargo, puede representar un costo para
el organismo en cuanto a la disponibilidad de precursores para gluconeogénesis
dado que para la formación de glutamato se gasta a - cetoglutarato. Esta es
precisamente la reacción que hace del ión amonio un compuesto tóxico en el cerebro
(15).
El cerebro es
un órgano muy sensitivo a niveles altos de amonio. El cerebro depende casi
exclusivamente de la degradación de glucosa hasta la formación de acetil-CoA y
su posterior ingreso al ciclo de Krebs para formar la energía que requiere. Para
que la acetil-CoA sea metabolizada a través del ciclo de Krebs, es necesario
una fuente de oxaloacetato, y en el cerebro, esta demanda es cubierta por la
carboxilación de piruvato. La enzima que cataliza esta reacción, la piruvato
carboxilasa, es limitada en el cerebro de tal manera que para el adecuado
funcionamiento del ciclo de Krebs en este órgano, es necesario un constante
suministro de oxaloacetato. En presencia de altos niveles de amonio, el
equilibrio de la reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa tiende a
favor del glutamato, el cual es dirigido, posteriormente, hacia la formación de
glutamina. La formación de glutamina disminuye el nivel de intermediarios en el
ciclo de Krebs y, por tanto, el oxaloacetato no es aumentado. En el cerebro se
reduce la formación de ATP, conduciendo así, a la aparición de los síntomas de
la toxicidad por amonio. Una complicación adicional es que tanto glutamina como
aspartato, los cuales pueden ser formados rápidamente desde glutamato, poseen
funciones neurotransmisoras (15, 41).
Esta podría
ser la razón por la que in vitro, la adición de NH4Cl a hepatocitos de corderos
reduce la utilización de propionato y alanina en gluconeogénesis (29). Bajo
esta hipótesis, se podría esperar una marcada reducción en gluconeogénesis en
vacas periparturientas que consumen forrajes jóvenes con alto contenido en
proteína degradable en rumen y movilizan cantidades importantes de proteínas
lábiles con el consecuente incremento de amonio hacia el hígado (16).
Hacia el
glutamato convergen la mayoría de las transaminasas. Esto representa una forma
de simplificar en un solo aminoácido la recolección del grupo amino proveniente
de diversos aminoácidos (37). Este aminoácido es degradado a alfa-cetoglutarato
y amonio, reacción que es catalizada, así mismo, por la enzima glutamato
deshidrogenasa (E.C. 1.4.1.2) (15). En esta reacción inversa, el NAD+ participa
como cofactor para dar origen al NADH+H, molécula que genera tres ATP durante
la fosforilación oxidativa.
Un tercer
elemento a destacar con relación a la formación del glutamato y la glutamina,
tiene que ver con la economía del bicarbonato y, por tanto, del balance iónico.
Esta idea está basada en el hecho de que bajo un estado de acidosis metabólica
se reduce la formación de la urea y, por el contrario, se incrementa la
formación de glutamina (40). Esto de alguna manera tiene que ver con la
formación del ácido carbónico (bicarbonato) que participa en la síntesis del
CbP, ya que cuantitativamente, este ácido representa la fuente más importante
de ácidos en las especies mamíferas. Por otro lado, está establecido que la
glutamina es el principal aminoácido involucrado en la amoniogénesis renal, un
proceso íntimamente relacionado con la excreción de los ácidos (30). Bajo
condiciones de acidosis metabólica, el organismo trata de equilibrar el
desbalance entre aniones y cationes a nivel renal mediante la excreción de N en
forma de amonio. Es muy factible que bajo condiciones de acidosis metabólica,
el organismo deba recurrir a la movilización de reservas proteicas para
garantizar la excreción de amonio y, así, resolver el equilibrio ácido-base
(30). Esto explicaría el por qué bajo condiciones de alcalosis metabólica,
generada por un incremento en la concentración de potasio en cerdos, se produce
un incremento en la concentración plasmática de urea y se reduce la formación
de amonio en riñones a partir de la glutamina. Haussinger et al (10) haciendo
estudios con hígado perfundido, confirmaron los efectos de la acidosis sobre la
formación de la urea y la glutamina y concluyeron que un ciclo intercelular de
la glutamina entre las células periportales y perivenosas de los lóbulos
hepáticos sirve a la función reguladora en la homeóstasis del pH del organismo.
Cuando se experimenta en animales los resultados son diferentes. Es así como
Halperin et al (8) aplicaron ácido, sales de amonio y bicarbonato a ratas y
establecieron que ni el pH plasmático ni el bicarbonato afectaron la tasa de
síntesis de la urea y que esta dependió fundamentalmente de la carga de amonio.
De acuerdo a Waterlow (40) esta discrepancia entre los resultados hallados con
preparaciones hepáticas y con animales, no ha sido resuelta aún, pero parece
claro que la principal función del ciclo de la urea es la de preservar la
homeóstasis del N. Hay que reconocer, sin embargo, que el metabolismo de los
aminoácidos está afectado por el balance ácido-base del animal (30).
La formación de aspartato
Otra
implicación metabólica de suma importancia para la economía del nitrógeno en
rumiantes tiene que ver con la necesidad de un segundo átomo de nitrógeno
proveniente del aspartato que puede exceder la disponibilidad de aspartato y
estimular su síntesis por transaminación desde otros aminoácidos (1, 24, 25)
con el consecuente desgaste de aminoácidos que bien podrían quedar disponibles
para ser utilizados por tejidos extrahepáticos y síntesis de proteínas lácteas
(24, 33).
La formación
del aspartato se da por la transaminación entre el glutamato y el oxaloacetato
para formar aspartato y alfa-cetoglutarato (21, 26) (véase Figura 1). Reynolds
(32) ha propuesto que el gasto de aminoácidos para regenerar el aspartato que
participa en el ciclo de la urea, podría incrementar los requerimientos de
aminoácidos por el animal y, en consecuencia, reducir la eficiencia en la
utilización de la proteína. Recientemente Mutsvangwa et al (25), evaluaron el
efecto de la adición de cloruro de amonio a hepatocitos de ovejas aislados
sobre el flujo de aminoácidos hacia los dos átomos de nitrógeno de la urea, con
lo que pudieron establecer el uso preferencial del amonio para proveer estos
dos átomos a través de la vía del aspartato y la del carbamoil fosfato. Los
autores encontraron, además, evidencia que demuestra que la detoxificación del
amonio hacia urea estimula el catabolismo de la metionina lo que implicaría que
en rumiantes alimentados con dietas que contengan altos contenidos de proteína
degradable en rumen, como es el caso de las vacas lactantes en los sistemas
especializados basados en pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum), se
podrían presentar limitaciones para cubrir los requerimientos por este
aminoácido. Esto implicaría, así mismo, que los requerimientos por este
aminoácido podrían ser comparativamente más altos, bajo estas condiciones de
alimentación, que en aquellas basadas en ensilaje de maíz y alfalfa como las
que predominan en Norteamérica.
Eso bien
podría explicar las bajas concentraciones de proteína en la leche de vacas de
alta producción alimentadas con forrajes que, como el kikuyo, generan altas cantidades
de amonio que debe ser convertido a urea, procesos en el que inevitablemente,
se utilizan aminoácidos en la síntesis del aspartato.
Interacción con gluconeogénesis
Por otro
lado, el ciclo de la urea se encuentra estrechamente ligado a la gluconeogénesis
a través del ciclo de Krebs (1). Este es un aspecto crítico para el metabolismo
de los rumiantes dado que la absorción de glucosa es muy baja a nivel
intestinal debido al bajo flujo de almidones desde el rumen hacia el duodeno
(33) en tanto que el requerimiento por este metabolito es alto, particularmente
al inicio de la lactancia a nivel de la glándula mamaria para la síntesis de
lactosa que es el principal soluto que determina el volumen de leche producida
(1, 29). La glucosa también es fundamental en la síntesis de ácidos grasos y de
triacilgliceroles en glándula mamaria aportando glicerol, NADPH vía pentosa
fosfato y ATP. Así mismo, participa en la síntesis de proteínas lácteas
aportando esqueletos carbonados para la biosíntesis de aminoácidos no esenciales
y ATP. La glucosa es además un metabolito esencial en el metabolismo energético
del sistema nervioso y participa en casi todos los procesos metabólicos de los
lípidos. Debido a esto y, en especial, por la baja absorción intestinal, los
rumiantes se consideran animales eminentemente gluconeogénicos (29). Esto hace
que el incremento en gluconeogénesis a partir de aminoácidos, conduzca a un
incremento en la síntesis de urea.
Overton et al
(29) al inyectar corderos con florizina, un compuesto que se liga a la glucosa
impidiendo su utilización por las células, encontraron un incremento en la
concentración de urea en plasma debido, posiblemente, a un incremento en el
catabolismo de aminoácidos que se habrían desaminado al participar en
gluconeogénesis. La alanina, y especialmente la glutamina (glutamato), son los
principales aminoácidos que participan en este proceso aportando átomos de
carbono (18). Este autor señala que aunque su contribución parece pequeña, ésta
representa una gran proporción de la glucosa catabolizada y, de esta manera,
pueden suministrar buena parte de los requerimientos netos de glucosa,
particularmente durante períodos de bajo consumo de alimento. Ambos aminoácidos
son liberados en grandes cantidades desde la musculatura del tren posterior
durante condiciones de ayuno, cuando su contribución a la síntesis de glucosa
puede ser doblada (18).
Interacción con el metabolismo de los
ácidos grasos
No son muchos
ni tampoco son concluyentes los estudios respecto a la interacción entre el metabolismo
de los ácidos grasos y la formación de urea. Al respecto es conocido que ligado
al bajo consumo de alimento observado en las vacas durante el posparto
temprano, se presenta una alta movilización de reservas corporales,
particularmente de tejido adiposo, que eventualmente conducen a la formación
del hígado graso (36) y, por otro lado, se ha observado que la acumulación de
grasa en los hepatocitos reduce la ureagénesis (38), asociada, al parecer, con
una disminución en la expresión de algunas de las enzimas que participan en el
ciclo de la urea (12). De alguna manera esto implicaría que, en animales
periparturientos que presenten movilización de tejido adiposo, el amonio
tomaría la ruta del glutamato y la glutamina incrementando la eliminación del amonio
vía renal. Para Strang et al (38), la disminución en la capacidad ureogénica
manifiesta en hepatocitos que presentan acumulación de triacilglicéridos, puede
ser parcialmente responsable de la morbilidad asociada al hígado graso
observada en vacas periparturientas.
Balance energético del ciclo de la
urea
Los
planteamientos anteriores dejan claro que el metabolismo del N está vinculado
estrechamente con la disponibilidad de fuentes de energía indispensable para la
vaca en lactancia a través del ciclo de la urea, no solamente por su
interacción con la gluconeogénesis si no, además, por su relación con el
gasto energético en que se incurre durante la formación de la urea. Ya se había
señalado previamente que el incremento en el consumo de oxígeno hepático a
medida que se incrementa la producción de leche, es debido probablemente al
incremento en gluconeogénesis y ureagénesis (7). A este respecto, Niemeyer (26)
señala que el gasto energético para la formación de la urea asciende a cuatro
enlaces pirofosfato en tanto que Maynard et al (21), estiman este gasto
energético en un enlace pirofosfato. La diferencia entre los cálculos que hacen
estos autores reside en que mientras Niemeyer (26) no considera la formación de
tres enlaces de alta energía durante la desaminación oxidativa del glutamato,
Maynard et al (21), sí lo hacen. Por otro lado, si se considera además, la vía
metabólica que sigue a la formación del fumarato y que continúa hasta la
formación de oxaloacetato, ruta en la que se genera un NADH2 y que rendiría
tres ATP, el balance para la formación de la urea sería positivo aportando dos
ATP. Este último es el cálculo que hace Waterlow (40) para el ciclo de la urea.
Con estas consideraciones en mente, queda claro que el balance en enlaces de
alta energía que rinde la formación de la urea va a depender, en principio de
la forma en que entra el amonio que participa en la formación del CbP: cuando
el amonio ingresa como tal proveniente del rumen sin formación de glutamato, el
balance energético sería de – 1ATP, en tanto que cuando ingrese se hace por la
vía del glutamato, este balance sería de + 2ATP. Lo más probable es que el
ingreso se dé por ambas vías, particularmente en animales que estén sometidos a
la movilización del tejido muscular y consumiendo fuentes proteicas de alta
degradabilidad ruminal como lo serían las vacas de alta producción durante la
lactancia temprana (16) consumiendo pasto kikuyo fertilizado (3).
Madsen (19), por
su lado, indica que existen diferencias en cuanto al balance energético para la
formación de la urea según el origen del segundo amonio que ingresa al ciclo
vía aspartato, ya que durante esta transaminación puede participar la alanina o
la glutamina. Las ecuaciones netas para la formación de la urea de acuerdo a
estos aminoácidos son:
2 Alanina + CO2 + 3
ATP => 2 Piruvato + UREA + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi
Glutamina + CO2 + NADH + 3ATP =>
Oxoglutarato + UREA + NAD + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi
Cuando la
urea es formada a partir de la glicina, según Madsen (19) se requiere
simultáneamente la transaminación de cantidades equimolares de otros
aminoácidos como la alanina. La ecuación neta, en este caso, sería:
2Glicina + 2Alanina + CO2 + 6ATP +
NADH => 3Piruvato + 2UREA + NAD + 4ADP + 4Pi + 2AMP + 2PPi
Conclusiones
El ciclo de
la urea juega un papel fundamental en el metabolismo del nitrógeno en rumiantes
toda vez que esta es la vía metabólica que sigue el amonio ruminal y en la que,
eventualmente, se utilizan aminoácidos preformados para proveerlo del aspartato
que participa en este ciclo. En el caso particular de vacas lactantes
alimentadas con dietas cuya base forrajera tiene contenidos relativamente altos
en proteína degradable en rumen y nitrógeno no proteico, como lo es el pasto
kikuyo altamente fertilizado que es pastoreado a edades tempranas, se
incrementa la actividad hepática conducente a detoxificar el amonio proveniente
del rumen, a través del ciclo de la urea. Cuando este ciclo se satura, el
amonio tomaría la ruta del glutamato y la glutamina, la que por vía sanguínea
va a los riñones en donde sufre un proceso de desaminación liberando amonio que
es finalmente eliminado en la orina.
Dado que la
formación del glutamato y de la glutamina se basa en la aminación del
alfa-cetoglutarato, la disponibilidad de este cetoácido para participar tanto
en el ciclo de Krebs como de la gluconeogénesis se vería reducida, con lo que
estaría comprometida la posibilidad de cubrir las demandas de glucosa para el
animal. Por otro lado, el gasto de aminoácidos para la formación del aspartato
que participa en el ciclo de la urea a través de procesos de transaminación,
reduce la disponibilidad de aminoácidos para la síntesis de proteínas, de tal
manera que a medida que se incrementa el flujo de amonio a través de este
ciclo, se incrementa la demanda por aspartato y se reduce la disponibilidad de
aminoácidos.
Esto implica
que bajo las condiciones de alimentación antes expuesta, los requerimientos por
aminoácidos, particularmente por metionina sería mucho más alto que el
calculado para otras condiciones alimenticias.
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