Cisteína
A cisteína (simbolizada por Cys ou C) é un α-aminoácido coa fórmula química HOOC-CH(NH2)CH2SH [2]. A cadea lateral que caracteriza á cisteína é -CH2SH, e ten un grupo tiol (-SH) terminal, que é non polar, por iso a cisteína se clasifica normalmente como un aminoácido hidrofóbico. A parte tiol da cadea adoita participar en reaccións encimáticas, actuando como nucleófilo. Cando se usa como aditivo alimentario ten como número E o E920.
| L-Cisteína | |
|---|---|
 | |
|
|
Cisteína | |
Outros nomes Ácido 2-amino-3-sulfhidrilpropanoico | |
| Identificadores | |
| Número CAS | 52-90-4, 52-89-1 (clorhídrico) |
| PubChem | 5862 |
| ChemSpider | 574 (racémico), 5653 (forma L) |
| UNII | K848JZ4886 |
| Número CE | 200-158-2 |
| KEGG | D00026 |
| ChEBI | CHEBI:15356 |
| ChEMBL | CHEMBL54943 |
| Imaxes 3D Jmol | Image 1 Image 2 |
| |
| |
| Propiedades[1] | |
| Fórmula molecular | C3H7NO2S |
| Masa molar | 121,16 g mol−1 |
| Aspecto | pos ou cristais brancos |
| Punto de fusión | 240 °C descomp. |
| Solubilidade en auga | soluble |
| Solubilidade | 1,5g/100g etanol 19 °C |
| Rotación quiral [α]D | +9,4° (H2O, c = 1,3) |
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa. | |
O nome IUPAC deste aminoácido é ácido 2-amino-3-sulfanilpropanoico. É un aminoácido non esencial, o que significa que pode sintetizarse polo metabolismo humano a partir doutros produtos. Os codóns que codifican a cisteína son UGU e UGC. Como outros aminoácidos a cisteína ten un carácter anfótero. O seu punto isoeléctrico é 5,07.
O tiol do extremo da súa cadea lateral pode oxidarse e orixinar uns enlaces característicos das proteínas chamados pontes disulfuro. Estas pontes establécense entre dúas cisteínas enfrontadas da mesma cadea proteica ou de cadeas distintas, e xogan un importante papel estrutural no establecemento da conformación tridimensional das proteínas. Cando a cisteína forma un dímero con outra cisteína, unido por unha ponte disulfuro, o dímero chámase cistina.
Fontes de cisteína
editarAlimentos ricos en cisteína
editarA pesar de que está clasificada como aminoácido non esencial, nalgúns casos, a cisteína podería ser esencial para bebés, anciáns e persoas con certas doenzas metabólicas ou que sofren de síndromes de mala absorción. Porén, a cisteína sintetízaa normalmente o corpo humano en condicións fisiolóxicas normais, sempre que haxa metionina suficiente, de onde procede o seu grupo tiol. A cisteína é potencialmente tóxica e catabolízase no aparato dixestivo e no plasma sanguíneo. Polo contrario, o dímero cistina viaxa de forma segura a través do aparato dixestivo e do plasma e é reducida rapidamente a dúas moléculas de cisteína ao entrar na célula.
Atopamos cisteína na maioría dos alimentos con alto contido proteico, como son:
- Alimentos animais: porco, embutidos, polo, pavo, pato, friame, ovos, leite, requeixo, iogur.
- Alimentos vexetais: pementos vermellos, allos, cebolas, brócoli, col de Bruxelas, muesli, xerme de trigo.
Produción industrial de cisteína
editarA L-cisteína obtíñase industrialmente antes por hidrólise da queratina do pelo, e máis tarde das plumas. Pero actualmente hai ademais unha vía sintética que a obtén por fermentación utilizando un mutante de E. coli. Wacker Chemie introduciu unha vía nova a partir de substituíntes tiazonilos. Por medio desta ruta a L-cisteina prodúcese pola hidrólise da mestura racémica de ácido 2-amino-Δ2-tiazolin-4-carboxílico usando a bacteria Pseudomonas thiazolinophilum [3][4].
Biosíntese
editarEn animais, a biosíntese comeza co aminoácido serina. O sulfuro da súa cadea lateral deriva do aminoácido metionina, que se converte en homocisteína a través do produto intermedio S-adenosilmetionina. Tras isto intervén a cistationina beta-sintetase, que combina a homocisteína e a serina para formar o tioéter asimétrico cistationina. O encima cistationina gamma-liase converte despois a cistationina en cisteína e alfa-cetobutirato.
En plantas e bacterias a biosíntese da cisteína empeza tamén a partir da serina que se converte en O-acetilserina pola actuación do encima serina acetiltransferase (co número EC 2.3.1.30). O encima O-acetilserina (tiol)-liase (OAS-TL; EC 2.5.1.47), usando unha fonte de sulfuro, converte este éster en cisteína liberando acetato [5].
Degradación
editarNa súa degradación oxidativa a cisteína orixina piruvato, que pode entrar na gliconeoxénese, polo que é un aminoácido glicoxénico.
Funcións biolóxicas
editarO grupo tiol da cisteína é nucleofílico e doadamente oxidable. A reactividade aumenta cando o tiol é ionizado, e os residuos de cisteína en proteínas teñen valores de pKa próximos á neutralidade, polo que a miúdo se encontran en forma de tiolatos reactivos na célula[6] . Debido á súa alta reactividade, o grupo tiol da cisteína ten numerosas funcións biolóxicas.
Precursor do antioxidante glutatión
editarDebido á capacidade dos tioles de sufriren reaccións redox, a cisteína ten propiedades antioxidantes. Estas propiedades antioxidantes da cisteína maniféstanse principalmente no tripéptido glutatión, que contén cisteína, e que está presente tanto en humanos coma noutros organismos. A dispoñibilidade sistémica de glutatión procedente dos alimentos (GSH) é insignificante, polo que debe ser biosintetizado a partir dos aminoácidos que o compoñen, que son cisteína, glicina e ácido glutámico. O ácido glutámico e a glicina son abundantes na maioría das dietas occidentais, así que a dispoñibilidade de cisteína pode ser o factor limitante.
As pontes disulfuro
editarAs pontes disulfuro teñen un papel importante no pregamento e estabilidade dalgunhas proteínas, especialmente de proteínas secretadas ao medio extracelular. Xa que na maioría dos compartimentos celulares hai condicións redutoras, as pontes disulfuro son xeralmente inestables no citosol, agás algunhas excepcións que veremos a continuación.
As pontes disulfuro das proteínas fórmanse pola oxidación de grupos tiol de residuos de cisteína. O outro aminoácido que tamén contén xofre, a metionina, non pode formar pontes disulfuro, xa que ten o xofre no interior da cadea. Oxidantes moi agresivos converten a cisteína nos correspondentes ácido sulfínico e ácido sulfónico. Os residuos de cisteína son moi importantes para enlazar cadeas de proteínas, xa que incrementan a rixidez das proteínas e danlle resistencia proteolítica. Por exemplo, as queratinas con máis pontes disulfuro son máis resistentes ca as que teñen menos. Dentro da célula, as pontes disulfuro entre residuos de cisteína manteñen a estrutura terciaria das proteínas. A hormona insulina é un exemplo de polipéptido con cisteínas enlazadas, na que as dúas cadeas polipeptídicas separadas das que consta a hormona están conectadas por un par de pontes disulfuro. O encima do retículo endoplasmático proteína disulfuro isomerase cataliza a correcta formación de pontes disulfuro; a célula transfire ácido deshidroascórbico ao retículo endoplasmático, que crea un ambiente oxidante. Nese ambiente, as cisteínas están xeralmente oxidadas formando o dímero cistina, e xa non poden funcionar como nucleófilos.
Precursor de grupos ferrosulfurados
editarA cisteína é unha importante fonte de sulfuro no metabolismo humano. O xofre dos grupos ferrosulfurados e das nitroxenases extráese da cisteína, a cal pasa a converterse en alanina durante o proceso[7].
Unión a ións metálicos
editarAdemais das proteínas ferrosulfuradas, hai moitos outros cofactores metálicos de encimas que están unidos ao tiolato de residuos de cisteína. Exemplos disto son o zinc nos dedos de zinc e na alcohol deshidroxenase; o cobre nas proteínas azuis cuprosas, o ferro no citocromo P450, e o níquel nas [NiFe]-hidroxenases. O grupo tiol tamén ten grande afinidade cos metais pesados, polo que proteínas que conteñen cisteína como a metalotioneína poden unirse fortemente a metais como o mercurio, chumbo e cadmio [8][9].
Modificacións postraducionais
editarAdemais da súa oxidación a cistina, a cisteína participa en numerosas modificacións postraducionais. O grupo tiol nucleofílico permite á cisteína conxugarse a outros grupos, como por exemplo na prenilación (adición de moléculas hidrofóbicas ás proteínas). As ubiquitina ligases transfiren ubiquitina a proteínas e teñen un sitio activo con cisteína. As caspases son proteases de cisteína-aspártico, que participan na proteólise da apoptose. As inteínas (unha especie de intróns de proteínas) normalmente funcionan coa axuda dunha cisteína catalítica. Estas funcións da cisteína están tipicamente limitados ao medio intracelular, onde o ambiente é redutor e a cisteína non está oxidada a cistina.
Outros metabolitos derivados
editarO produto da descarboxilación da cisteína é a cisteamina (ou mercaptoetanolamina), unha amina bióxena que é compoñente fundamental do coencima A. O produto da transaminación da cisteína é o mercaptopiruvato, o cal pode degradarse a piruvato ou reducirse a mercaptolactato por diversas vías posibles, dependendo do organismo. Moitos microorganismos e plantas fixan anións cianuro por substitución nucleófila co sulfhidrilo para dar como produto cianoalanina, a cal se pode hidrolizar a aspartato. O xofre da cisteína pode metilarse para obter un homólogo da metionina chamado S-metilcisteína.[10][11]
Encimas:
- EC 1.8.1.6 Cistina redutase
- EC 1.1.1.27 L-lactato deshidroxenase
- EC 2.1.1.63 Cisteína S-metiltransferase
- EC 2.3.1.30 Serina O-acetiltransferase
- EC 2.5.1.47 Cisteína sintase (O-acetil-L-serina sulfhidrilase)
- EC 2.6.1.3 Cisteína transaminase
- EC 2.8.1.2 3-Mercaptopiruvato xofre transferase
- EC 4.2.1.65 3-Cianoalanina hidratase
- EC 4.4.1.8 Cistationina β-liase
- EC 4.4.1.9 L-3-cianoalanina sintase
- EC 4.4.1.15 D-cisteína desulfhidrase
Un grupo de metabolitos proveñen da oxidación do átomo de xofre da cisteína. Un exemplo destes metabolitos é a taurina e o ácido cisteico.
Encimas:
- EC 1.8.1.3 Hipotaurina deshidroxenase (HP-DH)
- EC 1.13.11.19 Cisteamina dioxixenase (CYA-DO)
- EC 1.13.11.20 Cisteína dioxixenase (Cys-DO)
- EC 4.1.1.29 Sulfoalanina descarboxilase (SAlaD)
- EC 4.4.1.10 Cisteína liase (CysL)
A cisteína pode conxugarse cun grupo alilo, para así dar a S-alilcisteína, a cal ao oxidarse no átomo de xofre xera a aliína, o precursor dos alil disulfuros e alilsulfóxidos que dan aroma á cebola e ao allo.[12]
Aplicacións
editarA cisteína, principalmente como L-cisteína, é un precursor na industria alimentaria, na farmacéutica e na industria do cuidado persoal. Unha das súas maiores aplicacións é a produción de sabores. Por exemplo, a reacción da cisteína con azucres na reacción de Maillard produce moitos dos sabores da carne[13] L. Tamén se usa en panadaría [14]. Nos salóns de peiteado, as propiedades da cisteína aprovéitanse para facer a permanente, xa que se poden romper e despois rexenerar co cabelo xa ondulado as pontes disulfuro que a cisteína forma na queratina do cabelo. A cisteína é un obxectivo moi utilizado en laboratorios á hora de investigar estruturas biomoleculares.
Produción de la
editarAs ovellas necesitan cisteína para poder producir la. Deben de inxerir a cisteína coa herba que comen xa que é para elas un aminoácido esencial. Durante os períodos de seca, as ovellas paran de producir la pola súa carencia de cisteína, pero xa se crearon ovellas transxénicas que poden producir a súa propia cisteína.[15].
Redución dos efectos tóxicos do alcohol
editarPropúxose a cisteína como preventiva ou antídoto para algúns dos efectos negativos do alcohol, incluíndo danos no fígado ou a resaca. A cisteína contrarresta os efectos daniños do acetaldehido que é o principal produto do metabolismo do alcohol e é o responsable da maioría dos efectos tardíos do alcohol e dos danos de longa duración asociados co consumo de alcohol (pero non dos efectos inmediatos como a ebriedade). A cisteína intervén no seguinte paso no metabolismo do alcohol, que consiste en converter o acetaldehido no relativamente inocuo ácido acético. En estudos con ratas, os animais testados recibiron unha dose de LD50 de acetaldehido (que normalmente mataría á metade dos animais). Deles os que recibiron ademais cisteína tiveron unha supervivencia do 80%, mientres que recibiron cisteína e tiamina, sobreviviron todos [16]. Aínda non existe ningunha clara evidencia en contra ou a favor da súa efectividade en humanos que consomen alcohol en niveis normais.
N-acetilcisteína (NAC)
editarA N-acetil-L-cisteína (NAC) é un derivado da cisteína no que un grupo acetilo está unido ao átomo de nitróxeno. Este composto véndese como un suplemento dietético, a pesar de que esta non é unha vía ideal para incorporala, xa que se cataboliza no intestino. O NAC adoita ser utilizado como medicina para a tose, xa que rompe as pontes disulfuro nas mucosidades licuando estas, e facendo máis sinxela a súa expulsión. Tamén esta acción de romper as pontes disulfuro fai que o NAC sexa moi útil á hora de diminuír o espesor do mucus dos pacientes que padecen fibrose quística. O NAC tamén é usado como antídoto específico en casos de sobredose de paracetamol.
Notas
editar- ↑ Weast, Robert C., ed. (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. C-259. ISBN 0-8493-0462-8.
- ↑ [1] - IUPAC-IUB amino acids 1983
- ↑ Jürgen Martens, Heribert Offermanns, Paul Scherberich (1981). Facile Synthesis of Racemic Cysteine. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 20. p. 668. doi:10.1002/anie.198106681.
- ↑ Karlheinz Drauz, Ian Grayson, Axel Kleemann, Hans-Peter Krimmer, Wolfgang Leuchtenberger, Christoph Weckbecker "Amino Acids"in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.
- ↑ Hell Rüdiger, (1997). Molecular physiology of plant sulfur metabolism 202. Planta. pp. 138–48. PMID 9202491. doi:10.1007/s004250050112..
- ↑ Bulaj Grzegorz, Kortemme Tanja, Goldenberg David P. (1998). Ionization-reactivity relationships for cysteine thiols in polypeptides. Biochemistry 37. pp. 8965–72. PMID 9636038. doi:10.1021/bi973101r..
- ↑ Roland Lill, Ulrich Mühlenhoff (2006). Iron-Sulfur Protein Biogenesis in Eukaryotes: Components and Mechanisms. Ann. Rev. Cell Dev. Biol. 22. pp. 457–86. PMID 16824008. doi:10.1146/annurev.cellbio.22.010305.104538..
- ↑ Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg (1994). Principles of Bioinorganic Chemistry. University Science Books - Mill Valley, CA. ISBN 0-935702-73-3..
- ↑ Baker David H., Czarnecki-Maulden Gail L. (1987). Pharmacologic role of cysteine in ameliorating or exacerbating mineral toxicities 117. J. Nutr. pp. 1003–10. PMID 3298579..
- ↑ "Copia arquivada". Arquivado dende o orixinal o 12 de xullo de 2010. Consultado o 03 de xullo de 2011.
- ↑ [2] Arquivado 12 de maio de 2012 en Wayback Machine. Cysteine and methionine metabolism - Reference pathway
- ↑ Paul M. Dewick (2009). Medicinal natural products: a biosynthetic approach. John Wiley and Sons. ISBN 9780470741689.
- ↑ Hui Nip W., Rogers R. (2001). Hui, Y., ed. Meat science and applications. CRC Press. pp. 74. ISBN 0824705483..
- ↑ "Food Ingredients and Colors". November 2004 - U.S. Food and Drug Administration. Arquivado dende o orixinal o 12 de maio de 2009. Consultado o 2009-09-06..
- ↑ Powell BC, Walker SK, Bawden CS, Sivaprasad AV, Rogers GE (1994). Transgenic sheep and wool growth: possibilities and current status. Reprod Fertil Dev 6. pp. 615–23. PMID 7569041. doi:10.1071/RD9940615.
- ↑ Herbert Sprince, Clarence M. Parker, George G. Smith, Leon J. Gonzales (1974). Protection against Acetaldehyde Toxicity in the rat by L-cysteine, thiamine and L-2-Methylthiazolidine-4-carboxylic acid. Inflam. Res. 4. pp. 125–30. PMID 4842541. doi:10.1007/BF01966822..