¿Qué es la cisteína?
La cisteína (Cys, C) es uno de los 22 aminoácidos encontrados en la naturaleza como parte de las cadenas polipeptídicas que conforman las proteínas de los seres vivos. Es fundamental para la estabilidad de las estructuras terciarias de las proteínas, pues ayuda a la formación de los puentes disulfuro intramoleculares.
Así como otros aminoácidos, como la alanina, la arginina, la asparagina, el glutamato y la glutamina, la glicina, la prolina, la serina y la tirosina, los seres humanos son capaces de sintetizar cisteína, por lo que no se considera un aminoácido esencial.
A pesar de ello, y en vista de que las tasas de síntesis no siempre abastecen los requerimientos corporales, algunos autores la describen cisteína como un aminoácido “condicionalmente” esencial.
Este aminoácido fue nombrado por la “cistina”, un componente de los cálculos vesiculares descubierto en 1810, cuyo nombre fue acuñado en 1832 por A. Baudrimont y F. Malaguti. Pocos años después, en 1884, E. Baumann descubrió que la cisteína era el producto de la reducción de la cistina.
Después de los trabajos realizados por Bauman, en 1899, se determinó que la cisteína es el principal constituyente de la proteína que conforma los cuernos de diversos animales, lo que sugirió su posible uso para la síntesis de polipéptidos.
Hoy se sabe que la cisteína corporal proviene de los alimentos, del reciclaje de proteínas y de la síntesis endógena, que ocurre principalmente en los hepatocitos.
Características de la cisteína
– Aminoácido condicionalmente esencial. Aunque el cuerpo humano puede sintetizarla a partir de otros aminoácidos, como la metionina o la serina, en ciertas condiciones, como durante el estrés oxidativo o en determinadas enfermedades, su capacidad puede limitarse. En tales casos, la cisteína debe obtenerse mediante la dieta o suplementación.
– Precursora del glutatión. Este aminoácido es componente clave del glutatión, un importante antioxidante. El glutatión ayuda a proteger las células del daño oxidativo al neutralizar los radicales libres y participar en la desintoxicación de sustancias dañinas.
– Contribuye a la estructura proteica. Los residuos de cisteína pueden formar puentes disulfuro con otros residuos de cisteína dentro de una misma cadena polipeptídica, o entre diferentes cadenas polipeptídicas. Estos puentes disulfuro son fundamentales para estabilizar la estructura tridimensional de muchas proteínas, como las queratinas en el cabello y las uñas, y muchas enzimas y factores de coagulación.
– Grupo funcional tiol (-SH). Este aminoácido es único entre todos por su grupo tiol (-SH), que consiste en un átomo de azufre unido a un átomo de hidrógeno. Este grupo tiol puede formar puentes disulfuro con otros grupos tiol en otras moléculas de cisteína, lo que contribuye a la estructura tridimensional de muchas proteínas.
Estructura de la cisteína
Como ocurre con el resto de los aminoácidos descritos hasta ahora, la cisteína posee un átomo de carbono central, que es quiral y se conoce como carbono α. A este átomo de carbono se unen cuatro especies químicas diferentes:
- Un grupo amino (-NH3+).
- Un grupo carboxilo (-COO-).
- Un átomo de hidrógeno.
- Un sustituyente (-R).
El grupo sustituyente es el que le otorga la identidad a cada aminoácido, y el de la cisteína se caracteriza por contener un átomo de azufre como parte de un grupo tiol o sulfhidrilo (-CH2-SH).
Este grupo le permite participar en la formación de puentes disulfuro intra e intermoleculares. Puesto que es un nucleófilo, también puede participar en reacciones de sustitución.
De hecho, esta cadena lateral de la cisteína puede modificarse para formar dos compuestos, conocidos como “selenocisteína” y “lantionina”. El primero es un aminoácido que también participa en la formación de proteínas, y el segundo es un derivado aminoacídico no proteico.
El grupo tiol de la cisteína también está caracterizado por su gran afinidad a los iones de plata y mercurio (Ag+ y Hg2+).
Funciones de la cisteína
- Formación de proteínas. La cisteína participa en la formación de proteínas. Concretamente, en el establecimiento de puentes disulfuro, esenciales para la formación de la estructura proteica terciaria.
- Síntesis de glutatión. También participa en la síntesis de glutatión (GSH) y proporciona el azufre reducido para la metionina, el ácido lipoico, la tiamina, la coenzima A (CoA), la molibdopterina (un cofactor) y otros compuestos de importancia biológica.
- Cofactor enzimático. Puede servir como cofactor para algunas enzimas, facilitando reacciones químicas específicas. Por ejemplo, la cisteína puede participar en la catálisis de ciertas reacciones de transferencia de grupos funcionales en proteínas enzimáticas.
- Componente estructural de queratina. En tejidos como el cabello, la piel y las uñas, la cisteína es un componente importante de la queratina, proteína fibrosa que proporciona resistencia y estructura. Los enlaces disulfuro formados entre las moléculas de cisteína contribuyen a la estabilidad y la elasticidad de estos tejidos. También aparece en la lana de ovejas o cuernos de algunos animales.
Biosíntesis de la cisteína
La biosíntesis de los aminoácidos en el cuerpo humano y otros animales (mamíferos y no mamíferos) sucede de forma tejido y célula-específica. Es un proceso que requiere energía, y usualmente está separado entre diferentes órganos.
El hígado es uno de los principales órganos involucrados en la síntesis de la mayor parte de los aminoácidos no esenciales, independientemente de la especie. En él no solo se sintetiza la cisteína, también el aspartato, la asparagina, el glutamato y la glutamina, la glicina, la serina, la tirosina y otros a partir de sus precursores aminoacídicos específicos.
En 1935, Erwin Brand determinó que la cisteína, en mamíferos, se sintetiza naturalmente a partir de la metionina, lo que ocurre exclusivamente en el tejido hepático.
Este proceso puede ocurrir por una “transmetilación” de la metionina, donde los grupos metilo son transferidos a la colina y la creatina. No obstante, la cisteína también puede formarse a partir de la metionina gracias a una trans-sulfuración.
Posteriormente se demostró que, además de la metionina, algunos compuestos sintéticos, como la N-acetil cisteína, la cisteamina y la cistamina, son precursores útiles para síntesis de cisteína. En el caso de la N-acetil cisteína, esta es tomada por las células, donde una enzima deacetilasa en el citosol la convierte a cisteína.
- Mecanismo. El mecanismo de síntesis de la cisteína a partir de metionina más conocido es el de la trans-sulfuración. Esto ocurre principalmente en el hígado, pero también se ha visto en el intestino y el páncreas. Esto ocurre a partir de la homocisteína, un compuesto derivado de metionina. La primera reacción de esta ruta biosintética es una condensación catalizada por la enzima cistationina β-sintasa (CBS). Dicha enzima representa el paso de “compromiso” de la ruta y condensa una homocisteína con un residuo de serina, otro aminoácido proteico, lo que produce cistationina. Posteriormente, este compuesto es “cortado” o “escindido” por la enzima cistationasa, lo que conlleva la liberación de cisteína. La regulación de la actividad enzimática CBS está mediada por la disponibilidad de metionina y por el estado redox de la célula donde ocurre este proceso. Mediante la ruta de síntesis de cisteína, las células pueden manejar el exceso de metionina, pues su conversión a cisteína es un proceso irreversible.
- En plantas y microorganismos. En estos organismos, la cisteína se sintetiza principalmente a partir de azufre inorgánico, la fuente más abundante de azufre utilizable en la biósfera aeróbica. Este es tomado, ingresa a las células y es luego reducido a sulfuro (S2-), incorporado a la cisteína de forma similar a lo que ocurre con el amonio en la síntesis del glutamato o la glutamina.
Metabolismo y degradación de la cisteína
El catabolismo de cisteína ocurre principalmente en las células hepáticas (hepatocitos), aunque también puede ocurrir en otro tipo de células, como neuronas, células endoteliales y células musculares lisas de la vasculatura corporal.
Ciertos defectos en el catabolismo de la cisteína producen una enfermedad hereditaria conocida como cistinuria, caracterizada por la presencia de cálculos de cistina en riñones, vejiga y uréter.
La cistina es un aminoácido derivado de la cisteína y los cálculos se forman por la unión de dos moléculas de estas a través de sus átomos de azufre.
Parte del metabolismo de la cisteína resulta en la formación de ácido cientínsulfínico, a partir del cual se forma la taurina, un aminoácido no-proteico. La reacción es catalizada por la enzima cisteína dioxigenasa.
Adicionalmente, la cisteína puede oxidarse por el formaldehído para producir N-formil cisteína, cuyo procesamiento posterior puede llevar a la formación de mercapturato (producto de la condensación de cisteínas con compuestos aromáticos).
En animales, la cisteína también se emplea, como el glutamato y la glutamina, para la síntesis de la coenzima A, de glutatión (GSH), de piruvato, de sulfato y de ácido sulfhídrico.
Uno de los métodos para la conversión de cisteína a piruvato ocurre en dos pasos: el primero implica la remoción del átomo de azufre, y el segundo, una reacción de transaminación.
Los riñones se encargan de la excreción de los sulfatos y los sulfitos derivados del metabolismo de compuestos sulfurados como la cisteína, mientras que los pulmones exhalan dióxido de azufre y ácido sulfhídrico.
Glutatión
El glutatión, molécula formada por tres residuos aminoacídicos (glicina, glutamato y cisteína), está presente en plantas, animales y bacterias.
Tiene propiedades especiales que lo hacen un excelente “buffer” redox, pues protege las células de diferentes tipos de estrés oxidativo.
Alimentos ricos en cisteína
La cisteína se encuentra naturalmente en alimentos que contienen azufre, como yemas de huevos, pimientos rojos, ajo, cebollas, brócoli, coliflor, col rizada y coles de Bruselas, berros y hojas de mostaza. También está presente mayoritariamente en alimentos ricos en proteínas, como carnes, legumbres y lácteos, entre los que destacan:
- Carne de vaca, cerdo, pollo y pescado.
- Avena y lentejas.
- Semillas de girasol.
- Yogur y queso.
Beneficios de la ingesta de cisteína
Se considera que su ingesta previene la caída del cabello y estimula su crecimiento. En la industria alimenticia es empleada como agente mejorador de masas panificables y también para “reproducir” los sabores similares a la carne.
Otros autores han reseñado que la ingesta de suplementos dietéticos o alimentos ricos en cisteína disminuye las lesiones bioquímicas ocasionadas por el consumo excesivo de alimentos contaminados con elementos metálicos, puesto que la misma participa en reacciones de quelación.
Algunos suplementos nutricionales relacionados con la cisteína son empleados por los seres humanos como antioxidantes, lo que se considera beneficioso desde el punto de vista del retardo del envejecimiento.
La N-acetil cisteína (un precursor en la síntesis de la cisteína), por ejemplo, se toma como suplemento nutricional, pues incrementa la biosíntesis del glutatión (GSH).
Enfermedades relacionadas con la cisteína
Existen algunas publicaciones científicas que relacionan elevados niveles de cisteína plasmática con la obesidad y otras patologías relacionadas, como enfermedades cardiovasculares y otros síndromes metabólicos.
La cistinuria, como se comentó, es una patología que se relaciona con la presencia de piedras de cistina, un derivado de la cisteína, debido a un defecto genético en la reabsorción renal de los aminoácidos dibásicos como la cistina.
Trastornos por deficiencia
La deficiencia de cisteína ha sido relacionada con el estrés oxidativo, pues es uno de los precursores principales para la síntesis de glutatión. Por lo tanto, deficiencias en este aminoácido pueden conllevar un envejecimiento prematuro y los problemas asociados.
Se ha demostrado experimentalmente que la suplementación con cisteína mejora las funciones del músculo esquelético, disminuye la relación entre la masa corporal grasa y no grasa, disminuye los niveles plasmáticos de citoquinas inflamatorias, mejora las funciones del sistema inmune, etc.
A mediados de los 90, algunos estudios sugirieron que el Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA) podría ser consecuencia de una deficiencia de cisteína inducida por el virus. Estas afirmaciones se apoyaron en el hecho de que los pacientes VIH-positivos examinados poseían bajos niveles de cistina y cisteína plasmática, además de concentraciones intracelulares reducidas de glutatión.
Referencias
- Dröge, W. Cysteine and Glutathione Deficiency in AIDS Patients: A Rationale for Treatment with N-Acetyl-Cysteine. Pharmacology.
- Kredich, N. Biosynthesis of cysteine. EcoSal Plus.
- Quig, D. Cysteine metabolism and metal toxicity. Alternative Medicine Review.
- Wu, G. Amino acids. Biochemistry and Nutrition. Taylor & Francis Group.