lunes, 20 de junio de 2016

4 GENERALIDADES DE LA EXCRECIÓN EN LOS ANIMALES



Los metabolitos preterminales son una clasificación desarrollada en estos artículos para definir a aquellas moléculas que representan el punto final de una ruta metabólica pero que generalmente no son excretadas por el organismo.

Estos metabolitos que no se excretan poseen el enorme inconveniente de paralizar las rutas metabólicas de los seres vivos. En las plantas, eucariotas inferiores y bacterias generalmente no se hace hincapié en el tipo de metabolitos debido a que estos seres vivos son muy diversos y sus rutas metabólicas o son cíclicas o demasiado variadas para hablar de generalidades.


En los animales por otro lado, al ser solo un pequeño grupo al interior del árbol de la vida se puede hablar de forma más específica. Los principales productos de desecho que generan los animales son agua “reciclable”, dióxido de carbono y residuos nitrogenados.


4.1 Excreción de dióxido de carbono y agua

El dióxido de carbono y el agua son moléculas que pueden atravesar las membranas biológicas de forma pasiva, es decir se mueven por transporte pasivo. La excreción de ellas depende mayoritariamente de las concentraciones a ambos lados de la membrana (Brusca et al., 2003; Kardong, 2011; Sadava et al., 2014).

La excreción del agua dependerá de la presión osmótica, una célula excreta agua cuando su ambiente externo posee más electrolitos disueltos, y absorbe agua cuando su ambiente interno posee más electrolitos disueltos.

El dióxido de carbono es excretado solo si el ambiente externo posee poco dióxido de carbono. Si el ambiente externo está saturado de dióxido de carbono como en las cercanías de un volcán o en medio de un incendio los animales se asfixian rápidamente.

4.2 Excreción de residuos nitrogenados

Los animales no poseen la capacidad para reciclar sus moléculas nitrogenadas, por lo que deben consumir usar y eliminar constantemente este tipo de compuestos. Las biomoléculas que más compuestos del nitrógeno poseen son las proteínas y los ácidos nucleicos (Brusca et al., 2003; Kardong, 2011; Sadava et al., 2014).

Los desechos nitrogenados son variados, pero todos están relacionados entre sí, por medio de reacciones biológicas, estos compuestos son: amoniaco, ácido úrico y urea.

Durante las reacciones de varias rutas metabólicas los compuestos nitrogenados son transformados al metabolito primario pre-terminal llamado amoniaco por medio de un proceso llamado deaminación.

4.2.1 Amoniaco

El amoniaco como cualquier metabolito primario preterminal en una ruta metabólica es extremadamente tóxico y solo algunos pocos animales terrestres se atreven a excretarlo de forma directa al ambiente (metabolito primario terminal de desecho" (Brusca et al., 2003; Kardong, 2011; Sadava et al., 2014).

El amoniaco solo almacena un mol de nitrógeno por cada mol de amoniaco, es una molécula muy tóxica que puede almacenarse en bajas cantidades al interior de las células o los tejidos, pos eso es de esperarse que sea convertida a formas menos tóxicas. 

Contrario a lo esperado varios animales lo excretan de forma directa como los animales acuáticos debido a que su ambiente dispersa el amoniaco rápidamente impidiendo su acumulación, por esta razón los animales acuáticos tienden a excretar el amoniaco sin transformaciones.

La gran mayoría de los animales terrestres deben transformar el amoniaco en otras moléculas que son (1) menos tóxicas y (2) más compactas, lo cual permiten un almacenamiento mayor de nitrógeno de desecho al interior de las células y una excreción más eficiente de estos desechos.

4.2.2 Ácido úrico

El ácido úrico es producido desde el amoniaco y desde el final de la ruta metabólica de los nucleótidos (Brusca et al., 2003; Kardong, 2011; Sadava et al., 2014). El ácido úrico no es soluble en agua y forma cristales que son excretados como una pasta salina, por lo que se pierde muy poca agua en su eliminación.

Por lo anterior, los animales que excretan ácido úrico pueden a adaptarse a ambientes cálidos y secos, donde lo más importante es retener el agua en su interior. La adaptación es polifilética y presenta exponentes en grupos tan dispares como animales, insectos, algunos reptiles y en las aves.


Como veremos posteriormente el orificio de salida para la eliminación de desechos alimenticios y de desechos metabólicos en las aves es el mismo, por eso ambos se mezclan. Este tipo de desecho es blanco debido a la alta concentración de cristales de sal de urato, la cual es la sal del ácido úrico.

El ácido úrico no es tóxico y puede almacenarse en grandes cantidades antes de que el tamaño de los cristales obstruya algún conducto importante, esto también es una ventaja para los animales que empiezan su existencia encerrados en huevos, donde almacenar amoniaco envenenaría su ambiente externo con rapidez y de forma irreversible (Brusca et al., 2003; Kardong, 2011; Sadava et al., 2014).

4.2.3 Úrea

La urea es el principal producto nitrogenado de desecho en la mayoría de los anfibios y los mamíferos como el ser humano (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Smith & Busher, 2006).

La urea es sintetizada en el hígado a partir del amoniaco y el dióxido de carbono que fluye en la sangre y no ha sido excretado por los órganos de intercambio de gases.

La secuencia de reacciones es conocida como el ciclo de la urea.


Igual que en la formación del ácido úrico, “y virtualmente en todas las reacciones biológicas” el proceso requiere de enzimas que sirven como catalizadores específicos sin los cuales las reacciones no se dan en la práctica.

En términos energéticos, producir urea es más costoso que producir ácido úrico o amoniaco, pero posee la ventaja de ser menos tóxico que el amoniaco, pero más que el ácido úrico. Esto implica que la urea puede almacenarse en el interior de la sangre por más tiempo antes de requerir extraerla que el amoniaco, pero debe extraerse antes de lo que podía hacerse con ácido úrico (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Smith & Busher, 2006)..

El problema es que la urea es soluble en agua, por lo que para sacarla es necesario perder agua en el proceso. Para no perder tanta agua, órganos especializados se encargan de filtrar la urea de la sangre y concentrarla en cierta cantidad de agua, por lo que el líquido que sale es una solución concentrada de urea y la perdida de agua se controla, pero no puede compararse con el ahorro de la excreción con ácido úrico.

4.3 Relación energética entre los metabolitos nitrogenados de desecho

Los tres desechos nitrogenados se relacionan por medio de (1) reacciones químicas, (2) nivel de toxicidad,  (3) energía necesaria para crearlos y (4) consumo de agua.

El amoniaco necesita menos reacciones, después sigue la urea y finalmente el ácido úrico. Esto implica que el ácido úrico tarda más en producirse, pero al tener más intermediarios permite un mayor almacenamiento de desechos nitrogenados al interior del animal.

El amoniaco es el más tóxico, le sigue la urea y finalmente el ácido úrico. Entre más complicado es sintetizar un desecho más beneficio en términos de selección natural debe darse.

Relacionado con los anteriores, la inversión de energía es baja en el amoniaco y alta en el ácido úrico. A mayor energía invertida más desecho nitrogenado puede almacenarse debido a una disminución en su toxicidad.

Entre más compacta es la molécula menos agua necesita para su eliminación final, esto está acompañado con el nivel de procesamiento y la cantidad de energía invertida, a mayor energía y más reacciones intermediarias la cantidad de agua que se necesita es menor. El ácido úrico es difícil de sintetizar porque requiere mucha energía pero es el que más ahorra agua.

Referencias bibliográficas: (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Smith & Busher, 2006).

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