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l- cisteína
L-cisteína - L-cisteína.svg
Fórmula esquelética de L- cisteína
Cisteína-de-xtal-3D-bs-17.png
L-cisteína-de-xtal-Mercury-3D-sf.png
Nombres
Nombre IUPAC
Cisteína
Otros nombres
Ácido 2-amino-3-sulfhidrilpropanoico
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
AbreviaturasCys , C
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
  • 574 (racémico) chequeY
  • 5653 (forma L ) chequeY
Tarjeta de información ECHA100.000.145 Edita esto en Wikidata
Número CE
  • 200-158-2
Número eE920 (agentes de glaseado, ...)
KEGG
UNII
  • InChI = 1S / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6) chequeY
    Clave: XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • InChI = 1 / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6) / t2- / m0 / s1
    Clave: XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHBU
  • InChI = 1 / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6)
    Clave: XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYAC
  • C ([C @@ H] (C (= O) O) N) S
  • Zwiterión : C ([C @@ H] (C (= O) [O -]) [NH3 +]) S
Propiedades [2]
C 3 H 7 N O 2 S
Masa molar121,15  g · mol −1
Aparienciacristales blancos o polvo
Punto de fusion 240 ° C (464 ° F; 513 K) se descompone
soluble
Solubilidad1,5 g / 100 g de etanol a 19 ° C [1]
+ 9,4 ° (H 2 O, c = 1,3)
Página de datos complementarios
Índice de refracción ( n ),
constante dieléctrica (ε r ), etc.

Datos termodinámicos
Comportamiento de fase
sólido-líquido-gas
Datos espectrales
UV , IR , RMN , MS
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒norte verificar  ( ¿qué es   ?)chequeY☒norte
Referencias de Infobox

Cisteína (símbolo Cys o C ; [3] / s ɪ s t ɪ i n / ) [4] es un semiesencial [5] proteinogénico amino ácido con la fórmula HOOC-CH- (NH 2 ) -CH 2 -SH. La cadena lateral de tiol en la cisteína a menudo participa en reacciones enzimáticas como nucleófilo . El tiol es susceptible a la oxidación para dar cistina , un derivado disulfuro , que desempeña un papel estructural importante en muchos casos.proteínas . Cuando se utiliza como aditivo alimentario, tiene el número E E920. Está codificado por los codones UGU y UGC.

Estructura

Como otros aminoácidos (no como un residuo de una proteína), la cisteína existe como un zwiterión . La cisteína tiene quiralidad l en la notación d / l más antigua basada en la homología con d - y l - gliceraldehído. En el nuevo sistema R / S de designación de quiralidad, basado en los números atómicos de átomos cerca del carbono asimétrico, la cisteína (y la selenocisteína) tienen quiralidad R , debido a la presencia de azufre (o selenio) como segundo vecino del carbono asimétrico. átomo. Los aminoácidos quirales restantes, que tienen átomos más ligeros en esa posición, tienen quiralidad S. Reemplazo de azufre con el selenio da selenocisteína .

( R ) -Cisteína (izquierda) y ( S ) -Cisteína (derecha) en forma zwiteriónica a pH neutro

Fuentes dietéticas

El cisteinilo es un residuo de los alimentos ricos en proteínas . Aunque se clasifica como un aminoácido no esencial , en casos raros, la cisteína puede ser esencial para los bebés, los ancianos y las personas con ciertas enfermedades metabólicas o que padecen síndromes de malabsorción . La cisteína normalmente puede ser sintetizada por el cuerpo humano en condiciones fisiológicas normales si se dispone de una cantidad suficiente de metionina .

Fuentes industriales

La mayor parte de la l- cisteína se obtiene industrialmente por hidrólisis de materiales animales, como plumas de aves de corral o pelo de cerdo. A pesar de la creencia generalizada de lo contrario, hay poca evidencia que muestre que el cabello humano se utiliza como material de origen y su uso está explícitamente prohibido para aditivos alimentarios y productos cosméticos en la Unión Europea. [6] [7] La l- cisteína producida sintéticamente , que cumple con las leyes judías kosher y halal musulmanas , también está disponible, aunque a un precio más alto. [8] La ruta sintética implica la fermentación utilizando un mutante de E. coli . Degussa introdujo una ruta de sustituidostiazolinas . [9] Siguiendo esta tecnología, la l- cisteína se produce mediante la hidrólisis del ácido 2-amino-Δ 2 - tiazolina -4-carboxílico racémico utilizando Pseudomonas thiazolinophilum . [10]

Biosíntesis

Síntesis de cisteína: la cistationina beta sintasa cataliza la reacción superior y la cistationina gamma-liasa cataliza la reacción inferior.

En los animales, la biosíntesis comienza con el aminoácido serina . El azufre se deriva de la metionina , que se convierte en homocisteína a través del intermedio S -adenosilmetionina . La cistationina beta-sintasa luego combina homocisteína y serina para formar la tioéter cistationina asimétrica . La enzima cistationina gamma-liasa convierte la cistationina en cisteína y alfa-cetobutirato . En plantas y bacterias , la biosíntesis de cisteína también comienza a partir de la serina, que la enzima convierte en O- acetilserina.serina transacetilasa . La enzima cisteína sintasa , utilizando fuentes de sulfuro, convierte este éster en cisteína, liberando acetato. [11]

Funciones biológicas

El grupo cisteína sulfhidrilo es nucleófilo y se oxida fácilmente. La reactividad aumenta cuando se ioniza el tiol, y los residuos de cisteína en las proteínas tienen valores de pK a cercanos a la neutralidad, por lo que a menudo se encuentran en su forma tiolato reactivo en la célula. [12] Debido a su alta reactividad, el grupo sulfhidrilo de la cisteína tiene numerosas funciones biológicas.

Precursor del glutatión antioxidante

Debido a la capacidad de los tioles para sufrir reacciones redox, los residuos de cisteína y cisteinilo tienen propiedades antioxidantes . Sus propiedades antioxidantes se expresan típicamente en el tripéptido glutatión , que se encuentra en humanos y otros organismos. La disponibilidad sistémica de glutatión oral (GSH) es insignificante; por lo que debe biosintetizarse a partir de sus aminoácidos constituyentes, cisteína, glicina y ácido glutámico . Si bien el ácido glutámico suele ser suficiente porque el nitrógeno de los aminoácidos se recicla a través del glutamato como intermediario, la suplementación con cisteína y glicina en la dieta puede mejorar la síntesis de glutatión. [13]

Precursor de las agrupaciones de hierro y azufre

La cisteína es una fuente importante de sulfuro en el metabolismo humano . El sulfuro en los grupos de hierro-azufre y en la nitrogenasa se extrae de la cisteína, que se convierte en alanina en el proceso. [14]

Unión de iones metálicos

Más allá de las proteínas de hierro-azufre, muchos otros cofactores metálicos en las enzimas están unidos al sustituyente tiolato de los residuos de cisteinilo. Los ejemplos incluyen zinc en dedos de zinc y alcohol deshidrogenasa , cobre en las proteínas de cobre azul , hierro en el citocromo P450 y níquel en las hidrogenasas [NiFe] . [15] El grupo sulfhidrilo también tiene una alta afinidad por los metales pesados , por lo que las proteínas que contienen cisteína, como la metalotioneína , se unen a metales como el mercurio, el plomo y el cadmio de manera firme. [dieciséis]

Funciones en la estructura de las proteínas

En la traducción de moléculas de ARN mensajero para producir polipéptidos, los codones UGU y UGC codifican la cisteína .

La cisteína se ha considerado tradicionalmente como un aminoácido hidrófilo , basado en gran parte en el paralelo químico entre su grupo sulfhidrilo y los grupos hidroxilo en las cadenas laterales de otros aminoácidos polares. Sin embargo, se ha demostrado que la cadena lateral de la cisteína estabiliza las interacciones hidrófobas en las micelas en mayor grado que la cadena lateral en el aminoácido no polar glicina y el aminoácido polar serina. [17] En un análisis estadístico de la frecuencia con la que los aminoácidos aparecen en diferentes entornos químicos en las estructuras de las proteínas, se encontró que los residuos de cisteína libres se asocian con las regiones hidrófobas de las proteínas. Su tendencia hidrofóbica era equivalente a la de aminoácidos apolares conocidos comometionina y tirosina (la tirosina es aromática polar pero también hidrófoba [18] ), de las cuales eran mucho mayores que las de los aminoácidos polares conocidos como la serina y la treonina . [19] Las escalas de hidrofobicidad, que clasifican los aminoácidos desde los más hidrófobos hasta los más hidrófilos, colocan constantemente la cisteína hacia el extremo hidrófobo del espectro, incluso cuando se basan en métodos que no están influenciados por la tendencia de las cisteínas a formar enlaces disulfuro en las proteínas. . Por lo tanto, la cisteína ahora a menudo se agrupa entre los aminoácidos hidrófobos, [20] [21] aunque a veces también se clasifica como ligeramente polar, [22] o polar. [5]

Si bien los residuos de cisteína libres se encuentran en las proteínas, la mayoría están unidos covalentemente a otros residuos de cisteína para formar enlaces disulfuro , que desempeñan un papel importante en el plegamiento y la estabilidad de algunas proteínas, generalmente proteínas secretadas al medio extracelular. [23] Dado que la mayoría de los compartimentos celulares son entornos reductores , los enlaces disulfuro son generalmente inestables en el citosol, con algunas excepciones, como se indica a continuación.

Figura 2: Cistina (que se muestra aquí en su forma neutra), dos cisteínas unidas por un enlace disulfuro

Los enlaces disulfuro en las proteínas se forman por oxidación del grupo sulfhidrilo de los residuos de cisteína. El otro aminoácido que contiene azufre, la metionina, no puede formar enlaces disulfuro. Los oxidantes más agresivos convierten la cisteína en el correspondiente ácido sulfínico y ácido sulfónico . Los residuos de cisteína desempeñan un papel valioso al reticular las proteínas, lo que aumenta la rigidez de las proteínas y también funciona para conferir resistencia proteolítica (dado que la exportación de proteínas es un proceso costoso, es ventajoso minimizar su necesidad). Dentro de la célula, los puentes disulfuro entre los residuos de cisteína dentro de un polipéptido sostienen la estructura terciaria de la proteína. Insulina es un ejemplo de una proteína con reticulación de cistina, en la que dos cadenas peptídicas separadas están conectadas por un par de enlaces disulfuro.

Las proteínas disulfuro isomerasas catalizan la formación adecuada de enlaces disulfuro ; la célula transfiere ácido deshidroascórbico al retículo endoplásmico , que oxida el medio ambiente. En este entorno, las cisteínas, en general, se oxidan a cistina y ya no son funcionales como nucleófilos.

Aparte de su oxidación a cistina, la cisteína participa en numerosas modificaciones postraduccionales . El grupo sulfhidrilo nucleófilo permite que la cisteína se conjugue con otros grupos, por ejemplo, en la prenilación . Las ubiquitina ligasas transfieren ubiquitina a sus proteínas colgantes y caspasas , que participan en la proteólisis en el ciclo apoptótico. Las inteínas a menudo funcionan con la ayuda de una cisteína catalítica. Estos roles se limitan típicamente al medio intracelular, donde el ambiente se reduce y la cisteína no se oxida a cistina.

Aplicaciones

La cisteína, principalmente el l - enantiómero , es un precursor en las industrias alimentaria, farmacéutica y de cuidado personal. Una de las aplicaciones más importantes es la producción de aromas. Por ejemplo, la reacción de la cisteína con azúcares en una reacción de Maillard produce sabores de carne. [24] La l- cisteína también se utiliza como coadyuvante de elaboración para hornear. [25]

En el campo del cuidado personal, la cisteína se usa para aplicaciones de ondas permanentes , predominantemente en Asia. Una vez más, la cisteína se utiliza para romper los enlaces disulfuro en el pelo 's queratina .

La cisteína es un objetivo muy popular para los experimentos de etiquetado dirigidos al sitio para investigar la estructura y la dinámica biomolecular. Las maleimidas se unen selectivamente a la cisteína mediante una adición covalente de Michael . El etiquetado de espín dirigido al sitio para EPR o RMN mejorada por relajación paramagnética también usa cisteína de manera extensiva.

Reducir los efectos tóxicos del alcohol

Se ha propuesto la cisteína como preventivo o antídoto para algunos de los efectos negativos del alcohol, incluidos el daño hepático y la resaca . Contrarresta los efectos venenosos del acetaldehído . La cisteína apoya el siguiente paso en el metabolismo, que convierte el acetaldehído en ácido acético .

En un estudio con ratas , los animales de prueba recibieron una dosis LD 90 de acetaldehído. Aquellos que recibieron cisteína tuvieron una tasa de supervivencia del 80%; cuando se administraron tanto cisteína como tiamina , todos los animales sobrevivieron. El grupo de control tuvo una tasa de supervivencia del 10%. [26]

En 2020 se publicó un artículo que sugiere que la L-cisteína también podría funcionar en humanos. [27]

N- acetilcisteína

La N- acetil- l- cisteína es un derivado de la cisteína en el que un grupo acetilo está unido al átomo de nitrógeno. Este compuesto se vende como suplemento dietético y se usa como antídoto en casos desobredosisde acetaminofén . [28]

Oveja

Las ovejas necesitan cisteína para producir lana. Es un aminoácido esencial que debe tomarse de su alimento. Como consecuencia, durante las condiciones de sequía, las ovejas producen menos lana; sin embargo, se han desarrollado ovejas transgénicas que pueden producir su propia cisteína. [29]

Restricciones dietéticas

Las fuentes de l- cisteína de origen animal como aditivo alimentario son un punto de discordia para las personas que siguen restricciones dietéticas como kosher, halal, vegana o vegetariana. [30] Para evitar este problema, la l- cisteína también puede obtenerse de procesos microbianos u otros procesos sintéticos.

Ver también

  • Aminoácidos
  • Metabolismo de la cisteína
  • Cistinuria
  • Reacción de Saville
  • Reacción de Sullivan

Referencias

  1. ^ Belitz, H.-D; Grosch, Werner; Schieberle, Peter (27 de febrero de 2009). Química de los alimentos . ISBN 9783540699330.
  2. ^ Weast, Robert C., ed. (1981). Manual CRC de Química y Física (62ª ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. pag. C-259. ISBN 0-8493-0462-8..
  3. ^ "Nomenclatura y simbolismo de aminoácidos y péptidos (Recomendaciones IUPAC-IUB 1983)", Pure Appl. Chem. , 56 (5): 595–624, 1984, doi : 10.1351 / pac198456050595
  4. ^ "cisteína - Definición de cisteína en inglés por los diccionarios de Oxford" . Oxford Dictionaries - Inglés . Consultado el 15 de abril de 2018 .
  5. ^ a b "La estructura primaria de las proteínas es la secuencia de aminoácidos" . El mundo microbiano . Departamento de Bacteriología de la Universidad de Wisconsin-Madison. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2013 . Consultado el 16 de septiembre de 2012 .
  6. ^ "Requisitos químicos de la UE" . Consultado el 24 de mayo de 2020 . ... Clorhidrato de L-cisteína o clorhidrato monohidrato. El cabello humano no se puede utilizar como fuente de esta sustancia.
  7. ^ "Reglamento (CE) nº 1223/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo de 30 de noviembre de 2009 sobre productos cosméticos" . Consultado el 28 de julio de 2021 . ... ANEXO II LISTA DE SUSTANCIAS PROHIBIDAS EN PRODUCTOS COSMÉTICOS ... 416 Células, tejidos o productos de origen humano
  8. ^ "Preguntas sobre los ingredientes alimentarios: ¿Qué es L-cisteína / cisteína / cistina?" . Grupo de recursos vegetarianos. Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  9. ^ Martens, Jürgen; Offermanns, Heribert ; Scherberich, Paul (1981). "Síntesis fácil de cisteína racémica". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 20 (8): 668. doi : 10.1002 / anie.198106681 .
  10. ^ Drauz, Karlheinz; Grayson, Ian; Kleemann, Axel; Krimmer, Hans-Peter; Leuchtenberger, Wolfgang; Weckbecker, Christoph (2007). "Aminoácidos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002 / 14356007.a02_057.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  11. ^ Infierno R (1997). "Fisiología molecular del metabolismo del azufre vegetal". Planta . 202 (2): 138–48. doi : 10.1007 / s004250050112 . PMID 9202491 . S2CID 2539629 .  
  12. ^ Bulaj G, Kortemme T, Goldenberg DP (junio de 1998). "Relaciones de ionización-reactividad para tioles de cisteína en polipéptidos". Bioquímica . 37 (25): 8965–72. doi : 10.1021 / bi973101r . PMID 9636038 . 
  13. ^ Sekhar, Rajagopal V; Patel, Sanjeet G (2011). "La síntesis deficiente de glutatión subyace al estrés oxidativo en el envejecimiento y puede corregirse mediante suplementos dietéticos de cisteína y glicina" . La Revista Estadounidense de Nutrición Clínica . 94 (3): 847–853. doi : 10.3945 / ajcn.110.003483 . PMC 3155927 . PMID 21795440 .  
  14. ^ Lill R, Mühlenhoff U (2006). "Biogénesis de proteínas hierro-azufre en eucariotas: componentes y mecanismos" . Annu. Rev. Cell Dev. Biol . 22 : 457–86. doi : 10.1146 / annurev.cellbio.22.010305.104538 . PMID 16824008 . 
  15. ^ Lippard, Stephen J .; Berg, Jeremy M. (1994). Principios de la química bioinorgánica . Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN 978-0-935702-73-6.[ página necesaria ]
  16. ^ Baker DH, Czarnecki-Maulden GL (junio de 1987). "Papel farmacológico de la cisteína en mejorar o exacerbar las toxicidades minerales". J. Nutr . 117 (6): 1003–10. doi : 10.1093 / jn / 117.6.1003 . PMID 3298579 . 
  17. ^ Heitmann P (enero de 1968). "Un modelo de grupos sulfhidrilo en proteínas. Interacciones hidrofóbicas de la cadena lateral de cisteína en micelas". EUR. J. Biochem . 3 (3): 346–50. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1968.tb19535.x . PMID 5650851 . 
  18. ^ "Una revisión de los aminoácidos (tutorial)" . Universidad Curtin. Archivado desde el original el 7 de septiembre de 2015 . Consultado el 9 de septiembre de 2015 .
  19. ^ Nagano N, Ota M, Nishikawa K (septiembre de 1999). "Fuerte naturaleza hidrofóbica de residuos de cisteína en proteínas" . FEBS Lett . 458 (1): 69–71. doi : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9 . PMID 10518936 . S2CID 34980474 .  
  20. ^ Betts, MJ; RB Russell (2003). "Aminoácidos hidrofóbicos" . Propiedades de los aminoácidos y consecuencias de las sustituciones, en: Bioinformática para genetistas . Wiley . Consultado el 16 de septiembre de 2012 .
  21. ^ Gorga, Frank R. (1998-2001). "Introducción a la estructura de las proteínas - Aminoácidos no polares" . Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2012 . Consultado el 16 de septiembre de 2012 .
  22. ^ "Virtual Chembook - Estructura de aminoácidos" . Universidad de Elmhurst. Archivado desde el original el 2 de octubre de 2012 . Consultado el 16 de septiembre de 2012 .
  23. ^ Sevier CS, Kaiser CA (noviembre de 2002). "Formación y transferencia de enlaces disulfuro en células vivas". Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 3 (11): 836–47. doi : 10.1038 / nrm954 . PMID 12415301 . S2CID 2885059 .  
  24. ^ Huang, Tzou-Chi; Ho, Chi-Tang (27 de julio de 2001). Hui, YH; Nip, Wai-Kit; Rogers, Robert (eds.). Ciencia y aplicaciones de la carne, cap. Sabores de productos cárnicos . CRC. págs. 71-102. ISBN 978-0-203-90808-2.
  25. ^ "Ingredientes alimentarios y colores" . Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Noviembre de 2004. Archivado desde el original el 12 de mayo de 2009 . Consultado el 6 de septiembre de 2009 . Cite journal requiere |journal=( ayuda ). [ enlace muerto ]
  26. ^ Sprince H, Parker CM, Smith GG, Gonzales LJ (abril de 1974). "Protección contra la toxicidad del acetaldehído en la rata por L-cisteína, tiamina y ácido L-2-metiltiazolidina-4-carboxílico". Acciones de los agentes . 4 (2): 125–30. doi : 10.1007 / BF01966822 . PMID 4842541 . S2CID 5924137 .  
  27. ^ CJ Peter Eriksson, Markus Metsälä, Tommi Möykkynen, Heikki Mäkisalo, Olli Kärkkäinen, Maria Palmén, Joonas E Salminen, Jussi Kauhanen, L-cisteína que contiene un suplemento vitamínico que previene o alivia la resaca relacionada con el alcohol y síntomas de dolor de cabeza, náuseas y dolor de cabeza: . Alcohol y alcoholismo. 2020. https://doi.org/10.1093/alcalc/agaa082
  28. ^ Kanter MZ (octubre de 2006). "Comparación de acetilcisteína oral e intravenosa en el tratamiento de la intoxicación por acetaminofén". Soy J Health Syst Pharm . 63 (19): 1821–7. doi : 10.2146 / ajhp060050 . PMID 16990628 . S2CID 9209528 .  
  29. ^ Powell BC, Walker SK, Bawden CS, Sivaprasad AV, Rogers GE (1994). "Crecimiento transgénico de ovino y lana: posibilidades y estado actual". Reprod. Fertilizar. Dev . 6 (5): 615–23. doi : 10.1071 / RD9940615 . PMID 7569041 . 
  30. ^ "Vista kosher de L-cisteína" . kashrut.com. Mayo de 2003.

Lectura adicional

  • Nagano N, Ota M, Nishikawa K (septiembre de 1999). "Fuerte naturaleza hidrofóbica de residuos de cisteína en proteínas" . FEBS Lett . 458 (1): 69–71. doi : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9 . PMID  10518936 . S2CID  34980474 .

Enlaces externos

  • Espectro de cisteína MS
  • Instituto Internacional de Piedra Renal Archivado el 13 de mayo de 2019 en la Wayback Machine.
  • http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/cystein en.html
  • 952-10-3056-9 Interacción del alcohol y el tabaquismo en la patogenia de los cánceres del tracto digestivo superior: posible quimioprevención con cisteína
  • Cálculos renales de cistina
  • Vista kosher de L-cisteína