Cisteína (símbolo Cys o C ; [3] / s ɪ s t ɪ i n / ) [4] es un semi esencial [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 tiene un papel estructural importante en muchas proteínas . Cuando se utiliza como aditivo alimentario, tiene el número E E920. Está codificado por los codones UGU y UGC.
Fórmula esquelética de L- cisteína | |||
Nombres | |||
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Nombre IUPAC Cisteína | |||
Otros nombres Ácido 2-amino-3-sulfhidrilpropanoico | |||
Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) | |||
Abreviaturas | Cys , C | ||
CHEBI | |||
CHEMBL | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.000.145 | ||
Número CE |
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Número e | E920 (agentes de glaseado, ...) | ||
KEGG | |||
PubChem CID | |||
UNII |
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Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades [2] | |||
Fórmula química | C 3 H 7 N O 2 S | ||
Masa molar | 121,15 g · mol −1 | ||
Apariencia | cristales blancos o polvo | ||
Punto de fusion | 240 ° C (464 ° F; 513 K) se descompone | ||
solubilidad en agua | soluble | ||
Solubilidad | 1,5 g / 100 g de etanol a 19 ° C [1] | ||
Rotación quiral ([α] D ) | + 9,4 ° (H 2 O, c = 1,3) | ||
Página de datos complementarios | |||
Estructura y propiedades | 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). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Estructura
Como otros aminoácidos (no como un residuo de una proteína), la cisteína existe como un zwiterión . La cisteína tiene l quiralidad en los mayores d / l notación basada en 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. Reemplazar el azufre con selenio da selenocisteína .
Fuentes dietéticas
El cisteinilo es un residuo en 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 mayoría 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, poca evidencia muestra que el cabello humano se utilice como material de partida y su uso esté explícitamente prohibido en la Unión Europea. [6] Producido sintéticamente La l- cisteína, que cumple con las leyes judías kosher y halal musulmanas , también está disponible, aunque a un precio más alto. [7] La ruta sintética implica la fermentación utilizando un mutante de E. coli . Degussa introdujo una ruta a partir de tiazolinas sustituidas . [8] Siguiendo esta tecnología, La l- cisteína se produce mediante la hidrólisis del ácido 2-amino-Δ 2 - tiazolina -4-carboxílico racémico utilizando Pseudomonas thiazolinophilum . [9]
Biosíntesis
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 serina, que se convierte en O- acetilserina por la enzima serina transacetilasa . La enzima cisteína sintasa , utilizando fuentes de sulfuro, convierte este éster en cisteína, liberando acetato. [10]
Funciones biologicas
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. [11] 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. [12]
Precursor de los racimos de hierro-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. [13]
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] . [14] 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. [15]
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. [16] En un análisis estadístico de la frecuencia con la que los aminoácidos aparecen en diferentes ambientes químicos en las estructuras de las proteínas, se encontró que los residuos de cisteína libres se asocian con regiones hidrofóbicas de proteínas. Su tendencia hidrófoba era equivalente a la de los aminoácidos apolares conocidos como la metionina y la tirosina (la tirosina es aromática polar pero también hidrófoba [17] ), los cuales eran mucho mayores que los de los aminoácidos polares conocidos como la serina y la treonina . [18] 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, [19] [20] aunque a veces también se clasifica como ligeramente polar, [21] 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. [22] 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.
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. La 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
Cisteína, principalmente la 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. [23]La l- cisteína también se utiliza como coadyuvante de elaboración para hornear. [24]
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%. [25]
En 2020 se publicó un artículo que sugiere que la L-cisteína también podría funcionar en humanos. [26]
N- acetilcisteína
N- acetilo- La 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 . [27]
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. [28]
Restricciones dietarias
Las fuentes de origen animal de La l- cisteína como aditivo alimentario es un punto de discordia para las personas que siguen restricciones dietéticas como kosher, halal, vegana o vegetariana. [29] 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
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Espectro de cisteína MS
- Instituto internacional de cálculos renales
- 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