¿Qué es la prolina?
La prolina es uno de los 22 aminoácidos básicos. Es un aminoácido no esencial, ya que puede ser sintetizado por el ser humano y otros mamíferos.
En 1900, el científico alemán Richard Willstatter fue el primero en extraer y observar la prolina. Sin embargo, fue Emili Fischer, en 1901, quien acuñó el término “prolina”, basándose en el anillo de pirrolidina del aminoácido. Esta investigadora, además, logró explicar detalladamente la síntesis de la prolina a partir de la caseína de la leche.
En proteínas como la caseína, la prolina tiene una función indispensable en los “giros” y plegamientos estructurales. En esta proteína, la prolina se distribuye homogéneamente por toda la estructura y enlaza a la caseína β y a la proteína αs1; además, evita que se formen bucles o plegamientos estructurales defectuosos.
En los análisis bioquímicos empleados corrientemente para determinar la secuencia exacta de aminoácidos que componen las proteínas, la prolina es uno de los aminoácidos de más difícil detección, ya que el grupo amino secundario de la prolina tiene un comportamiento diferente y no puede ser fácilmente detectado.
El escorbuto es quizá la enfermedad más conocida relacionada con la prolina. Tiene que ver con una deficiencia de vitamina C, que afecta directamente la hidroxilación de la prolina en las fibras de colágeno, lo que causa un debilitamiento sistémico debido a la inestabilidad de las fibras de colágeno que están por todo el cuerpo.
Características de la prolina
– Química. Es un aminoácido no esencial con una estructura cíclica única. A diferencia de otros aminoácidos, su grupo amino está unido al carbono alfa en forma de anillo pirrolidínico, lo que le da una rigidez estructural particular.
– Rigidez. Por su estructura cíclica, la prolina induce giros en las cadenas polipeptídicas, lo que afecta la conformación de las proteínas. Esto la hace menos flexible que otros aminoácidos.
– No polaridad. Es no polar por su anillo cerrado, que lo hace relativamente hidrofóbico. Tiende a localizarse en el interior de las proteínas, lejos del agua.
– Conformación. No puede formar enlaces de hidrógeno con su grupo amino debido a su estructura cíclica, lo que afecta la formación de hélices alfa y láminas beta en las proteínas.
– Isomería. Existe principalmente en dos formas isoméricas: L-prolina, la forma biológicamente activa en los seres vivos, y D-prolina, menos común.
– Solubilidad. Si bien es relativamente hidrofóbica, la prolina es soluble en agua, aunque menos que otros aminoácidos, debido a su naturaleza no polar.
Estructura de la prolina
La prolina posee una estructura particular entre los aminoácidos básicos, ya que presenta un grupo amino (NH2) secundario y no el grupo amino primario, característico de todos los aminoácidos.
El grupo R, o cadena lateral, de la prolina es un anillo de pirrolidina o tetrahidropirrol. Este grupo se forma por una amina heterocíclica (sin dobles enlaces) de cinco átomos de carbono, donde cada uno de estos está saturado con átomos de hidrógeno.
Tiene la particularidad de que el átomo de carbono “central” está incluido en el anillo heterocíclico de pirrolidina, por lo que los únicos átomos “libres” o “sobresalientes” son el grupo carboxilo (COOH) y el átomo de hidrógeno (H) del anillo heterocíclico del aminoácido.
La fórmula molecular de la prolina es C₅H₉NO₂ y su nombre IUPAC es ácido pirrolidin-2-carboxílico. Tiene un peso molecular aproximado de 115,13 g/mol y su frecuencia de aparición en las proteínas es aproximadamente del 7%.
Funciones de la prolina
- Estructura de las proteínas. Desempeña un papel fundamental en la formación de estructuras secundarias de las proteínas, especialmente en las hélices alfa y las láminas beta. Su estructura cíclica introduce rigidez en la cadena polipeptídica, causando giros esenciales para la conformación tridimensional de las proteínas.
- Síntesis de colágeno. Es necesaria para la formación de la triple hélice característica del colágeno, lo que confiere resistencia y estabilidad a los tejidos conectivos, incluyendo la piel, los huesos y los tendones.
- Cicatrización. Dado su papel en la síntesis de colágeno, la prolina resulta crucial en el proceso de cicatrización de heridas. Contribuye a reparar tejidos dañados y a regenerar la piel y otros tejidos conectivos.
- Osmoprotección. Actúa como osmoprotector en células vegetales y animales, ayudando a las células a mantener su volumen y equilibrio osmótico bajo condiciones de estrés hídrico o salino.
- Energía. En situaciones de ayuno o estrés metabólico, puede convertirse en energía mediante su degradación en el ciclo de Krebs, donde se convierte en glutamato y luego en α-cetoglutarato.
- Regulación de la apoptosis. Está implicada en la regulación de la apoptosis, o muerte celular programada. Su metabolismo puede influir en la supervivencia celular bajo condiciones de estrés.
- Antioxidante. Puede actuar como un antioxidante, protegiendo las células del daño causado por especies reactivas de oxígeno (ROS). Esto es particularmente importante en situaciones de estrés celular.
- Modulación de la expresión genética. Puede influir en la expresión de ciertos genes, especialmente los relacionados con la respuesta al estrés, la síntesis de colágeno y otros procesos metabólicos importantes.
Biosíntesis de la prolina
Muchos aminoácidos pueden ser sintetizados a partir de intermediarios de la glucólisis, de la ruta de las pentosas fosfato o del ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs). La prolina y la arginina se forman en las rutas cortas del glutamato.
La ruta biosintética virtualmente común para todos los organismos vivos comienza con la conversión del L-glutamato en γ-L-glutamil-5-fosfato gracias a la acción de la enzima glutamato-5-quinasa (en bacterias) o por la γ-glutamil-quinasa (en humanos).
Esta reacción implica una fosforilación dependiente de ATP por lo que, además del producto principal, se genera una molécula de ADP.
La reacción catalizada por la glutamato 5-semialdehído deshidrogenasa (en bacterias) o por la γ-glutamil fosfato reductasa (en humanos) convierte el γ-L-glutamil-5-fosfato en L-glutamato-5-semialdehído y dicha reacción amerita la presencia del cofactor NADPH.
El L-glutamato-5-semialdehído es deshidratado reversible y espontáneamente a (S)-1-1-pirrolina-5-carboxilato, que posteriormente es convertido en L-prolina por la enzima pirrolina-5-carboxilato reductasa (en bacterias y humanos), en cuya reacción también es necesaria una molécula de NADPH o NADH.
Degradación de la prolina
La prolina, la arginina, la glutamina y la histidina son constantemente degradadas a α-cetoglutarato para entrar en el ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs. En el caso particular de la prolina, primero es oxidada por la enzima prolina oxidasa a pirrolin-5-carboxilato.
En el primer paso, donde ocurre la oxidación de la prolina a pirrolin-5-carboxilato, los protones desprendidos son aceptados por el E-FAD, reduciéndose a E-FADH2. Este paso es exclusivo para la prolina.
Por una reacción espontánea, el pirrolin-5-carboxilato se transforma en glutamato γ-semialdehído, que luego sirve como sustrato para la enzima glutamato γ-semialdehído deshidrogenasa. En este paso se desprenden dos protones, uno de ellos es aceptado por el NAD que se reduce a NADH, y el otro queda libre en forma de H+.
La arginina, al igual que la prolina, se transforma en glutamato γ-semialdehído, pero a través de una ruta metabólica alterna en la que participan dos enzimas diferentes.
La enzima glutamato γ-semialdehído deshidrogenasa transforma el glutamato γ-semialdehído en L-glutamato. Posteriormente, este L-glutamato es oxidado nuevamente por una enzima glutamato deshidrogenasa, con lo que finalmente se forma el α-cetoglutarato que será incorporado en el ciclo del ácido cítrico.
En el paso de oxidación del glutamato se libera un protón (H+) y un grupo amino (NH3+). El protón reduce un grupo NADP+ y se origina una molécula de NADPH.
A pesar de las numerosas semejanzas que existen entre las rutas de degradación y biosíntesis de la prolina y la arginina, estos aminoácidos se sintetizan y se degradan mediante rutas totalmente opuestas que emplean enzimas diferentes, cofactores diferentes y que ocurren compartimientos intracelulares diferentes.
Alimentos ricos en prolina
En general, todos los alimentos con un alto contenido proteico poseen grandes cantidades de prolina. Entre estos están la carne, la leche, los huevos y otros. No obstante, cuando nuestro cuerpo se encuentra en un estado óptimo de salud y nutrición es capaz de sintetizar prolina de forma endógena.
También se puede encontrar en muchas legumbres y frutos secos, y en cereales integrales como la avena, por ejemplo. Otros alimentos ricos en prolina son salvado de trigo, nueces, almendras, arvejas, frijoles, entre otros.
Algunas tiendas naturistas suelen formular comprimidos de los aminoácidos L-lisina y L-prolina combinados para ayudar a personas con problemas en las articulaciones o para retrasar el envejecimiento de los tejidos.
No obstante, no se ha demostrado a ciencia cierta que ingerir suplementos dietéticos de estos aminoácidos tenga un efecto significativo en el retraso de la vejez u otras condiciones propias del avance de la edad.
Beneficios de la ingesta de prolina
Las dietas ricas en prolina usualmente son prescritas para las personas que presentan enfermedades articulares, como artritis, esguinces, roturas de ligamentos, luxaciones, tendinitis y otras, y ello se debe a su relación con la síntesis de las fibras de colágeno presentes en los tejidos conectivos corporales.
Muchas de las lociones y comprimidos farmacológicos empleados en la industria estética están enriquecidos con L-prolina, ya que algunos estudios han demostrado que este aminoácido puede de alguna manera aumentar la síntesis de colágeno y, por lo tanto, mejorar la textura de la piel, acelerar la cicatrización de heridas, de laceraciones, de úlceras y de quemaduras.
En la industria alimenticia existen proteínas que poseen “péptidos bioactivos” que ejercen funciones más allá de sus propiedades nutricionales. Estos péptidos tienen, por lo general, de dos a nueve residuos aminoacídicos entre los que abundan la prolina, la arginina y la lisina.
Dichos péptidos bioactivos pueden tener actividad antihipertensiva con cierto efecto opioide. Pueden actuar como inmunomoduladores al estimular la respuesta inmune contra algunos patógenos, e incluso ocasionar incrementos en la vasoactividad, lo que mejora la circulación.
Trastornos por deficiencia de prolina
El gluten es una proteína presente en los granos del trigo que causa la inflamación del intestino. Las personas que padecen de intolerancia al gluten se conocen como celíacos y se sabe que esta proteína es rica en prolina y glutamina, cuya degradación proteolítica es dificultosa para las personas con dicha condición.
Algunas enfermedades tienen que ver con el mal plegamiento de proteínas importantes y es muy común que estos defectos tengan que ver con la isomerización cis–trans de los enlaces amida en los residuos de prolina, ya que, a diferencia de otros enlaces peptídicos en los que el isómero trans está muy favorecido, en la prolina se encuentra desfavorecido.
En los residuos de prolina se ha observado que existe una tendencia significativa hacia la formación del isómero cis primero que el isómero trans en las amidas adyacentes a los residuos de prolina, lo que puede generar una conformación “incorrecta” de las proteínas.
- Desórdenes metabólicos. Como sucede con otros aminoácidos esenciales y no esenciales, los principales trastornos patológicos relacionados con la prolina tienen que ver, usualmente, con defectos en las rutas de asimilación. La hiperprolinemia, por ejemplo, es un caso típico de deficiencia en una de las enzimas que participan en la ruta de degradación de la prolina, concretamente en la 1-pirrolina-5-carboxilato deshidrogenasa, lo que conduce a una acumulación de su sustrato, que finalmente inactiva la ruta. Esta patología suele diagnosticarse por elevados contenidos de prolina en el plasma sanguíneo y por la presencia del metabolito 1-pirrolina-5-carboxilato en la orina de los pacientes. Los síntomas principales de esta enfermedad consisten en desórdenes neurológicos, enfermedades renales y pérdida de la capacidad auditiva o sordera. Otros casos más severos incluyen retraso mental severo y marcadas dificultades psicomotoras.
Referencias
- Abu-Baker, S. Review of Biochemistry: Concepts and Connections.
- Delauney, A.J., Verma, D.P.S. Proline biosynthesis and osmoregulation in plants. The plant journal.
- Nelson, D.L., Lehninger, A.L., Cox, M.M. Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
- Plimmer, R.H.A. The chemical constitution of the proteins (Vol. 1). Longmans, Green.
- Szabados, L., Savouré, A. Proline: a multifunctional amino acid. Trends in plant science.