Cisteína, Fuentes, Las funciones biológicas, Aplicaciones, Oveja, Reducción de los efectos tóxicos del alcohol





La cisteína es un ácido a-amino con la fórmula química HO2CCHCH2SH. Es un aminoácido semi-esencial, lo que significa que puede ser biosintetizado en los seres humanos. La cadena lateral de tiol de cisteína a menudo participa en las reacciones enzimáticas, que actúa como un nucleófilo. El tiol es susceptible a la oxidación para dar el derivado de disulfuro de cistina, que sirve un papel estructural importante en muchas proteínas. Cuando se utiliza como un aditivo alimentario, que tiene el número E E920.

Fuentes

Las fuentes dietéticas

Aunque es clasificado 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 sufren de síndromes de malabsorción. Cisteína por lo general puede ser sintetizado por el cuerpo humano en condiciones fisiológicas normales, si una cantidad suficiente de metionina está disponible. La cisteína es catabolizado en el tracto gastrointestinal y el plasma sanguíneo. En contraste, cistina viaja de forma segura a través del tracto GI y el plasma sanguíneo y se reduce rápidamente a las dos moléculas de cisteína a la entrada celular.

La cisteína se encuentra en la mayoría de los alimentos ricos en proteínas, como:

  • Las fuentes de origen animal: carne de cerdo, carne de salchicha, pollo, pavo, pato, carne de almuerzo, los huevos, la leche, la proteína de suero de leche, el queso ricotta, requesón, yogur
  • Las fuentes vegetales: pimiento rojo, ajo, cebolla, brócoli, coles de Bruselas, la avena, granola, germen de trigo, lentejas germinadas.

Al igual que otros aminoácidos, la cisteína tiene un carácter anfótero.

Fuentes industriales

La mayoría de la L-cisteína se obtiene industrialmente por hidrólisis de las plumas de las aves de corral o el pelo humano. Producido sintéticamente L-cisteína, que cumple con las normas Kosher judío y musulmán Halal, también está disponible, aunque a un precio más alto. La ruta sintética consiste en la fermentación que utiliza un mutante de E. coli. Degussa introdujo una ruta desde tiazolinas sustituidos. Después de esta tecnología, L-cisteína es producido por la hidrólisis de ácido 2-amino-? 2-tiazolina-4-carboxílico racémico usando Pseudomonas thiazolinophilum.

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. Cistationina beta-sintasa a continuación, combina homocisteína y serina para formar el tioéter asimétrica cistationina. La cistationina gamma-liasa convierte la enzima cistationina en cisteína y alfa-cetobutirato. En las plantas y bacterias, la biosíntesis de cisteína de nuevo comienza a partir de serina, que se convierte en S-acetilserina por la serina transacetilasa enzima. La enzima O-acetilserina-liasa, el uso de fuentes de sulfuro, convierte este éster en cisteína, la liberación de etilo.

Las funciones biológicas

El grupo tiol de la cisteína es nucleofílico y fácilmente oxidado. La reactividad es mayor cuando el tiol es ionizado, y residuos de cisteína en las proteínas tienen valores de pKa cercanos a la neutralidad, por lo que son a menudo en su forma tiolato reactiva en la célula. Debido a su alta reactividad, el grupo tiol de la cisteína tiene numerosas funciones biológicas.

Precursor del antioxidante glutatión

Debido a la capacidad de tioles a someterse a reacciones redox, la cisteína tiene propiedades antioxidantes. Propiedades antioxidantes de la cisteína se expresan típicamente en el tripéptido glutatión, que se produce en los seres humanos, así como otros organismos. La disponibilidad sistémica de glutatión oral es insignificante, por lo que debe ser biosintetizado a partir de sus ácidos constituyentes aminoácidos, cisteína, glicina y ácido glutámico. Ácido glutámico y glicina son fácilmente disponibles en la mayoría de las dietas occidentales, pero la disponibilidad de cisteína pueden ser el sustrato limitante.

Precursor de grupos hierro-azufre

La cisteína es una fuente importante de sulfuro en el metabolismo humano. El sulfuro en grupos de sulfuro de hierro y en la nitrogenasa se extrae a partir de cisteína, que se convierte a alanina en el proceso.

Ion de metal de unión

Más allá de las proteínas hierro-azufre, muchos otros cofactores metálicos en las enzimas se unen a la sustituyente tiolato de residuos cisteinil. Los ejemplos incluyen zinc en los dedos de zinc y la alcohol deshidrogenasa, el cobre en las proteínas azules de cobre, hierro en citocromo P450, y níquel en los-hidrogenasas. El grupo tiol también tiene una alta afinidad por los metales pesados, por lo que las proteínas que contienen cisteína, como la metalotioneína, se unirán los metales como el mercurio, plomo y cadmio herméticamente.

Roles en la estructura de proteínas

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

Cisteína tradicionalmente ha sido considerada como un aminoácido hidrófilo, basado en gran medida en el paralelo química entre su grupo tiol y los grupos hidroxilo en las cadenas laterales de otros aminoácidos polares. Sin embargo, la cadena lateral de cisteína se ha demostrado para estabilizar las interacciones hidrófobas en micelas a un mayor grado que la cadena lateral en la no polar aminoácido glicina, serina y el aminoácido polar. En un análisis estadístico de la frecuencia con la que los aminoácidos aparecen en diferentes ambientes químicos en las estructuras de las proteínas, se encontraron residuos de cisteína libres de asociarse con regiones hidrófobas de proteínas. Su tendencia hidrófoba era equivalente a la de los aminoácidos no polares conocidas, tales como la metionina y tirosina, y era mucho mayor que la de los aminoácidos polares conocidos, tales como serina y treonina. Escalas de hidrofobicidad, que tienen categoría de aminoácidos de la mayoría hidrófobo a más hidrófilo, colocar consistentemente cisteína hacia el final hidrófobo del espectro, incluso cuando se basan en métodos que no están influenciados por la tendencia de cisteínas para formar enlaces disulfuro en las proteínas. Por lo tanto, la cisteína es ahora agrupa a menudo entre los aminoácidos hidrófobos, aunque a veces también se clasifica como ligeramente polares, o polares.

Mientras que los residuos de cisteína libres se producen en las proteínas, la mayoría están unidos covalentemente a otros residuos de cisteína para formar enlaces disulfuro. Los enlaces disulfuro juegan un papel importante en el plegamiento y la estabilidad de algunas proteínas, por lo general las proteínas secretadas al medio extracelular. Como la mayoría de los compartimentos celulares están reduciendo ambientes, enlaces disulfuro son generalmente inestables en el citosol con algunas excepciones que se especifican a continuación.

Los enlaces disulfuro en las proteínas se forman por la oxidación de los grupos tiol de los residuos de cisteína. El otro aminoácido que contiene azufre, metionina, no puede formar enlaces disulfuro. Más oxidantes agresivos convierten cisteína para el ácido sulfínico correspondiente y ácido sulfónico. Los residuos de cisteína juegan un papel importante por las proteínas de reticulación, lo que aumenta la rigidez de las proteínas y también funciona para conferir resistencia proteolítica. Dentro de la célula, los puentes disulfuro entre residuos de cisteína dentro de un soporte polipéptido estructura terciaria de la proteína. La insulina es un ejemplo de una proteína con la reticulación cistina, en la que dos cadenas de péptidos separados están conectados por un par de enlaces disulfuro.

Isomerasas de disulfuro de las proteínas catalizan la formación correcta de enlaces disulfuro; la célula transfiere ácido dehidroascórbico al retículo endoplásmico, que se oxida el medio ambiente. En este entorno, cisteínas están, en general, oxidados a cistina y ya no son funcionales como nucleófilos.

Aparte de su oxidación a la cistina, cisteína participa en numerosas modificaciones posteriores a la traducción. El grupo tiol nucleofílico permite cisteína para conjugar a otros grupos, por ejemplo, en la prenilación. Ubiquitina ligasas de ubiquitina transfieren a su techo, las proteínas y las caspasas, que se dedican a la proteolisis en el ciclo de apoptosis. Inteínas menudo funcionan con la ayuda de una cisteína catalítica. Estas funciones se limitan típicamente al medio intracelular, donde el ambiente es la reducción, y la cisteína no se oxida a la cistina.

Aplicaciones

Cisteína, principalmente el enantiómero L, es un precursor en la industria alimentaria, farmacéutica, y las industrias de cuidado personal. Una de las aplicaciones más importantes es la producción de sabores. Por ejemplo, la reacción de cisteína con los azúcares en una reacción de Maillard produce sabores de carne. L-cisteína también se utiliza como una ayuda a la transformación para la cocción.

En el campo de la atención personal, la cisteína se utiliza para aplicaciones de ondas permanentes predominantemente en Asia. Una vez más la cisteína se utiliza para romper los enlaces disulfuro en la queratina del cabello.

La cisteína es un objetivo muy popular para el sitio-dirigida etiquetado experimentos para investigar la estructura biomolecular y la dinámica. Las maleimidas se unirán selectivamente a cisteína usando una adición de Michael covalente. Sitio de etiquetado giro de EPR o la relajación paramagnética mayor RMN también se utiliza ampliamente cisteína.

En un informe de 1994 publicado por cinco compañías de cigarrillos superiores, cisteína es uno de los 599 aditivos a los cigarrillos. Como la mayoría de los aditivos de cigarrillos, sin embargo, se desconoce su uso o propósito. Su inclusión en los cigarrillos podría ofrecer dos ventajas: Actuar como un expectorante, ya que fumar aumenta la producción de moco en los pulmones, y el aumento de la glutatión antioxidante beneficioso.

Oveja

La cisteína es requerido por las ovejas para producir lana: Es un aminoácido esencial que debe ser tomado en la alimentación de la hierba. Como consecuencia, en condiciones de sequía, las ovejas dejan de producir lana, sin embargo, ovejas transgénicas que pueden hacer su propia cisteína se han desarrollado.

Reducción de los efectos tóxicos del alcohol

La cisteína se ha propuesto como un preventivo o antídoto para algunos de los efectos negativos del alcohol, incluyendo daño en el hígado y la resaca. Contrarresta los efectos tóxicos de acetaldehído, que es el principal subproducto del metabolismo del alcohol y es responsable de la mayoría de los efectos secundarios negativos y daños a largo plazo asociados con el consumo de alcohol. Cisteína apoya el siguiente paso en el metabolismo, que convierte el acetaldehído en el ácido acético relativamente inofensivo. En un estudio en ratas, los animales de ensayo recibieron una dosis DL50 de acetaldehído. Los que recibieron cisteína tuvieron una tasa de supervivencia del 80%, cuando se administraron tanto la cisteína y la tiamina, todos los animales sobrevivieron. No hay evidencia hasta ahora directa a favor o en contra de su eficacia en los seres humanos que consumen alcohol en niveles normales.

N-acetilcisteína

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 un suplemento dietético y se utiliza como un antídoto en casos de sobredosis de paracetamol, y los trastornos obsesivo-compulsivos tales como la tricotilomanía.