¿Qué es la isoleucina?
La isoleucina es uno de los 22 aminoácidos presentes en la naturaleza. En vista de que el cuerpo humano no puede sintetizarla, la isoleucina está entre los 9 aminoácidos esenciales que deben ser obtenidos con la dieta.
Este aminoácido fue aislado por primera vez en 1903 por el científico F. Ehrlich a partir de los constituyentes nitrogenados de melazas de betabel o remolacha. Posteriormente, el mismo autor separó la isoleucina a partir de los productos de descomposición de la fibrina y otras proteínas.
Es un aminoácido no polar presente en gran parte de las proteínas celulares de los organismos vivos, además, forma parte del grupo de los aminoácidos de cadena ramificada BCAAs (del inglés Branched Chain Amino Acids), junto con la leucina y la valina.
Tiene funciones en el establecimiento de la estructura terciaria de muchas proteínas y, también participa en la formación de diversos precursores metabólicos relacionados con el metabolismo energético celular.
Se abrevia Ile o I.
Características de la isoleucina
– Aminoácido esencial. Significa que el cuerpo humano no puede sintetizarlo por sí mismo, por lo que debe obtenerse con la dieta.
– Clasificación. Se clasifica dentro del grupo de los aminoácidos no polares con grupos o cadenas R de naturaleza alifática, es decir, con cadenas hidrocarbonadas hidrofóbicas.
– Estructura. Pertenece al grupo de aminoácidos de cadena ramificada (BCAA, por sus siglas en inglés), junto con la leucina y la valina.
– Fuentes aimenticias. Se halla en una variedad de alimentos ricos en proteínas, como carne, pescado, huevos, lácteos, legumbres y nueces.
– Función metabólica. Desempeña un papel importante en la síntesis de proteínas y la formación de hemoglobina, en la regulación del nivel de glucosa en la sangre y la producción de energía.
Estructura de la isoleucina
La isoleucina es un α-aminoácido que, como los demás aminoácidos, posee un átomo de carbono central denominado carbono α (quiral), al cual se unen cuatro grupos diferentes: un átomo de hidrógeno, un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y una cadena lateral o grupo R.
El grupo R de la isoleucina consiste en un hidrocarburo ramificado sencillo de 4 átomos de carbono (-CH3-CH2-CH(CH3)) en cuya cadena se encuentra también un átomo de carbono quiral.
Debido a esta característica, la isoleucina tiene cuatro formas posibles: dos de ellas son los isómeros ópticos conocidos como L-isoleucina y D-isoleucina, y las otras dos son diastereoisómeros de la L-isoleucina. La forma predominante en las proteínas es la L-isoleucina.
La fórmula molecular de la isoleucina es C6H13NO2 y su nombre químico es ácido α-amino-β-metil-β-etilpropiónico o ácido 2-amino-3-metil pentatónico.
Funciones de la isoleucina
- Fisiológicas. Participa en la cicatrización de heridas, desintoxicación de desechos nitrogenados, estimulación de las funciones inmunológicas y promoción de la secreción de diferentes hormonas.
- Síntesis. Es considerada como un aminoácido glucogénico, pues sirve de molécula precursora para la síntesis de intermediarios del ciclo de ácidos cítricos (ciclo de Krebs) que posteriormente contribuyen a la formación de glucosa en el hígado. La isoleucina contribuye en las rutas de síntesis de la glutamina y la alanina, trabajando a favor del balance entre los aminoácidos de cadena ramificada.
- Regulación de glucosa. Se cree que la isoleucina participa en la regulación de los niveles plasmáticos de glucosa, lo que tiene importantes implicaciones desde el punto de vista energético corporal.
- Marcador. En el ámbito clínico, algunos autores señalan que un incremento en las concentraciones de isoleucina, leucina, tirosina y valina pueden ser marcadores característicos de células afectadas por tumores, seguido de un incremento en los niveles de glutamina.
- Otras funciones. Diferentes investigaciones científicas han demostrado que la isoleucina es necesaria para la síntesis de la hemoglobina, proteína encargada de transportar el oxígeno en la sangre de muchos animales. También activa la entrada de nutrientes hacia las células; algunos estudios revelan que durante el ayuno prolongado es capaz de reemplazar a la glucosa como fuente de energía y, además, es un aminoácido cetogénico.
- Reserva energética. Los aminoácidos cetogénicos son aquellos cuyos esqueletos de carbono pueden almacenarse como ácidos grasos o carbohidratos, por lo que funcionan en la reserva de energía.
- Ruta de señalización. La isoleucina y los demás aminoácidos de cadena ramificada (además de factores de crecimiento y condiciones ambientales) trabajan en la activación de la ruta de señalización del blanco o diana de Rapamicina, mTOR (del inglés mechanistic Target of Rapamycin). Esta ruta es una importante vía de señalización en los eucariotas, capaz de controlar el crecimiento y el metabolismo celular, así como la síntesis proteica y los eventos de autofagia. Además, controla el progreso del envejecimiento y algunas patologías, como el cáncer o la diabetes.
Biosíntesis de la isoleucina
Los humanos y otros animales son incapaces de sintetizar isoleucina, pero esta es parte de las proteínas celulares gracias a su adquisición a partir de los alimentos que consumimos a diario.
Las plantas, los hongos y la mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizar este aminoácido a partir de rutas un tanto complejas que, por lo general, están interconectadas con las de otros aminoácidos también considerados esenciales para el humano.
Existen, por ejemplo, vías para la producción de isoleucina, lisina, metionina y treonina a partir del aspartato.
En las bacterias, específicamente, la isoleucina es producida a partir del aminoácido treonina, por medio del piruvato, a través de una ruta que implica la condensación de 2 de los carbonos del piruvato con una molécula de α-cetobutirato que deriva de la treonina.
La reacción comienza con la acción de la enzima treonina deshidratasa, que cataliza la deshidratación de la treonina para producir α-cetobutirato y amonio (NH3). Posteriormente, las mismas enzimas que participan en la biosíntesis de la valina contribuyen a los pasos de:
- Transaminación.
- Descarboxilación oxidativa de los cetoácidos correspondientes.
- Deshidrogenación.
En este tipo de microorganismos, la síntesis de aminoácidos como la lisina, la metionina, la treonina y la isoleucina está muy coordinada y regulada, especialmente por retroalimentación negativa, donde los productos de las reacciones inhiben la actividad de las enzimas involucradas.
A pesar de que la isoleucina, al igual que la leucina y la valina, son aminoácidos esenciales para el humano, las enzimas aminotransferasas presentes en los tejidos corporales pueden inter-convertirlos reversiblemente a sus α-cetoácidos correspondientes, que pueden, eventualmente, reemplazarlos en la dieta.
Degradación de la isoleucina
Como gran parte de los aminoácidos que se conocen en la naturaleza, la isoleucina puede degradarse para formar intermediarios de diferentes rutas metabólicas, entre las que destacan el ciclo de Krebs (que proporciona la mayor cantidad de coenzimas que funcionan para la producción de energía o para la biosíntesis de otros compuestos).
Tanto la isoleucina como el triptófano, la lisina, la fenilalanina, la tirosina, la treonina y la leucina pueden ser utilizados para producir acetil-CoA, un intermediario metabólico clave para múltiples reacciones celulares.
A diferencia de otros aminoácidos, los de cadena ramificada (leucina, isoleucina y valina) no son degradados en el hígado, sino oxidados como combustibles en el músculo, el cerebro, los riñones y el tejido adiposo.
Dichos órganos y tejidos pueden emplear estos aminoácidos gracias a la presencia de una enzima aminotransferasa capaz de actuar sobre los tres y producir sus α-ceto aminoácidos correspondientes.
Una vez producidos estos derivados aminoacídicos oxidados, el complejo enzimático α-cetoácido deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa de los mismos, donde libera una molécula de dióxido de carbono (CO2) y produce un derivado acil-CoA de los aminoácidos en cuestión.
Patologías relacionadas con el metabolismo de la isoleucina
Defectos en el metabolismo de la isoleucina y otros aminoácidos pueden causar diversidad de extrañas y complejas patologías como, por ejemplo, la enfermedad “Maple Syrup Urine” (orina con olor a jarabe de arce) o cetoaciduria de cadena ramificada.
Como su nombre lo indica, esta enfermedad se caracteriza por el distintivo aroma de la orina de los pacientes que la padecen, además de vómitos, convulsiones, retraso mental y muerte prematura.
Tiene que ver, específicamente, con errores en el complejo enzimático α-cetoácido deshidrogenasa, con lo que los aminoácidos de cadena ramificada como la isoleucina y sus derivados oxidados son excretados en la orina.
En conjunto, las patologías relacionadas con el catabolismo de aminoácidos de cadena ramificada como la isoleucina son conocidas como acidurias orgánicas, aunque las que se relacionan directamente con este aminoácido son bastante raras.
Alimentos ricos en isoleucina
- Carnes. Este aminoácido es abundante en los tejidos musculares de los animales, por lo que los productos de origen animal como las carnes de vaca, cerdo, pescado y otras similares como cordero, pollo, pavo o venado, entre otras, son ricas en isoleucina.
- Productos lácteos. También se encuentra en los lácteos y sus derivados como el queso.
- Huevos. Se halla en los huevos de gallina.
- Frutos secos. También en diferentes tipos de semillas y nueces, como parte esencial de las proteínas que las constituyen.
- Otros alimentos. Es abundante en los granos de soja y en los guisantes, así como en los extractos de levaduras empleados con diversos propósitos alimenticios.
Los niveles plasmáticos de isoleucina para un ser humano adulto están entre 30 y 108 μmol/l, para niños y jóvenes entre los 2 y los 18 años está entre 22 y 107 μmol/l y para infantes entre 0 y 2 años se encuentra aproximadamente entre 26 y 86 μmol/l.
Estos datos sugieren que el consumo de alimentos ricos en este y otros aminoácidos relacionados es necesario para el mantenimiento de muchas de las funciones fisiológicas del organismo, dado que los seres humanos somos incapaces de sintetizarlo de novo.
Beneficios de la ingesta de isoleucina
Los suplementos nutricionales con isoleucina por lo general contienen otros aminoácidos esenciales de cadena ramificada, como la valina o la leucina u otros.
Entre los ejemplos más comunes de consumo de isoleucina están los suplementos nutricionales utilizados por los deportistas para aumentar el porcentaje de masa muscular o la síntesis proteica. Sin embargo, las bases científicas sobre las cuales se soportan dichas prácticas son constantemente debatidas, y sus resultados no están completamente garantizados.
La isoleucina, sin embargo, se emplea para contraatacar los efectos metabólicos de la deficiencia vitamínica (pelagra), característica de los pacientes que tienen dietas ricas en sorgo y maíz, alimentos con altos contenidos de leucina, que puede afectar el metabolismo del triptófano y del ácido nicotínico en los humanos.
Los efectos de la pelagra en ratas experimentales, por ejemplo, implican retrasos en el crecimiento, que son superados con la suplementación con isoleucina.
- En la industria de producción animal. En el área de la producción animal, aminoácidos como la lisina, la treonina, la metionina y la isoleucina se han empleado en pruebas piloto para la alimentación de cerdos creciendo en condiciones controladas. La isoleucina, en particular, parece tener efectos en la asimilación de nitrógeno, a pesar de que no contribuye en la ganancia de peso de estos animales de granja.
- En algunas condiciones clínicas. Algunas publicaciones sugieren que la isoleucina es capaz de disminuir los niveles de glucosa plasmática, por lo que su ingesta es recomendable en pacientes que padecen de trastornos como la diabetes o bajas tasas de producción de insulina.
- Infecciones virales. La suplementación con isoleucina ha probado ser útil en pacientes infectados con rotavirus que ocasionan enfermedades como la gastroenteritis y la diarrea en niños pequeños y otros animales de corta edad. Estudios recientes concluyen que el consumo de este aminoácido por animales experimentales con las características mencionadas (infectados con rotavirus) ayuda en el crecimiento y en el desempeño del sistema inmune innato gracias a la activación de las rutas de señalización PRR o de los receptores con reconocimiento de patrones.
Trastornos por deficiencia de isoleucina
La deficiencia de isoleucina puede acarrear problemas en la visión, en la piel (como la dermatitis) y en los intestinos (evidente como diarreas y otras manifestaciones gastrointestinales).
En vista de que es un aminoácido esencial para la formación y la síntesis de la hemoglobina, así como para la regeneración de los eritrocitos (glóbulos rojos), las deficiencias severas en isoleucina pueden tener serias consecuencias fisiológicas, especialmente relacionadas con anemias y otras enfermedades hematológicas.
Esto ha sido demostrado experimentalmente en roedores “normales” a los cuales se les ha proporcionado dietas pobres en isoleucina, lo que termina con el desarrollo de cuadros anémicos importantes.
No obstante, la isoleucina participa en la formación de la hemoglobina solo en los infantes, pues la proteína del ser humano adulto no posee cantidades importantes de tal aminoácido. Ello significa que la carencia de isoleucina es más evidente durante los primeros estadios del desarrollo.
Referencias
- Aders Plimmer, R. The Chemical Constitution of The Proteins. Part I. Longmans, Green, and CO.
- Barret, G., Elmore, D. Amino Acids and Peptides. Cambridge University Press.
- Edsall, J. Amino Acids, Proteins and Cancer Biochemistry (Vol. 241). Academic Press, Inc.
- Isoleucine. Recuperado de britannica.com.
- Hudson, B. Biochemistry of food proteins. Springer-Science+Business Media, B.V.