¿Qué es la serina?
La serina es uno de los 22 aminoácidos básicos, aunque no está catalogada como un aminoácido esencial para el humano y otros animales, porque es sintetizada por el cuerpo humano.
De acuerdo con la nomenclatura de tres letras, la serina se describe en la literatura como Ser (S en el código de una sola letra). Este aminoácido participa en un gran número de rutas metabólicas y tiene características polares, pero no posee carga a pH neutro.
Muchas enzimas importantes para las células poseen abundante concentración de residuos de serina en sus sitios activos, por lo que tiene múltiples implicaciones fisiológicas y metabólicas.
La serina, entre muchas de sus funciones, participa como molécula precursora y de andamiaje en la biosíntesis de otros aminoácidos, como la glicina y la cisteína, y es parte de la estructura de los esfingolípidos presentes en las membranas celulares.
La tasa de síntesis de serina varía en cada órgano y, además, cambia según la etapa de desarrollo en que se encuentre el individuo.
Científicos han propuesto que las concentraciones de L-serina en el tejido cerebral aumentan con la edad, ya que la permeabilidad de la barrera hematoencefálica disminuye en el cerebro adulto, pudiendo causar trastornos cerebrales severos.
Se sabe que la L-serina es vital para la biosíntesis de neurotransmisores, fosfolípidos y otras macromoléculas complejas, puesto que proporciona los precursores para estas múltiples vías metabólicas.
Diversos estudios han demostrado que el suministro de suplementos o concentrados de L-serina a cierto tipo de pacientes mejora la homeostasis de la glucosa, la función mitocondrial y reduce la muerte neuronal.
Características y estructura de la serina
– Carbono. La serina contiene tres átomos de carbono: un carbono central unido, por un lado, a un grupo carboxilo (COOH) y por otro, a un grupo amino (NH3+). Los otros dos enlaces del carbono central están ocupados por un átomo de hidrógeno y por un grupo CH2OH (grupo R), característico de la serina. En este caso, el único átomo de carbono de su grupo R, unido al grupo OH, se conoce como carbono γ.
– Clasificación. Está clasificada en el grupo de los aminoácidos polares sin carga. Los miembros de este grupo son aminoácidos muy solubles en agua, es decir, son compuestos hidrofílicos. En la serina y la treonina, la hidrofilicidad se debe a su capacidad de formar puentes de hidrógeno con el agua a través de sus grupos hidroxilo (OH).
– Estereoquímica. La asimetría general de los aminoácidos hace que la estereoquímica de estos compuestos sea de vital importancia en las rutas metabólicas en las que participan. En el caso de la serina, puede encontrarse como D- o L-serina, siendo esta última sintetizada exclusivamente por las células del sistema nervioso conocidas como astrocitos. La L-serina sintetizada en células del sistema nervioso sirve como sustrato para sintetizar glicina o D-serina. La D-serina es uno de los elementos más importantes para que ocurra el intercambio de vesículas entre neuronas, por lo que algunos autores proponen que ambas isoformas de la serina son, en realidad, aminoácidos esenciales para las neuronas.
– Importancia en la salud humana. La serina es vital para el crecimiento y desarrollo del organismo, así como para el mantenimiento de la salud del sistema nervioso, la función hepática y otros procesos fisiológicos.
Funciones de la serina
- Síntesis proteica. El grupo OH de la serina en su cadena R la hace un buen nucleófilo, por lo que es clave para la actividad de muchas enzimas con serinas en sus sitios activos. La serina es uno de los sustratos necesarios para la síntesis de nucleótidos NADPH y glutatión.
- Funcionamiento del sistema nervioso central. Estudios han demostrado que el suministro exógeno de L-serina en dosis bajas a neuronas del hipocampo y células de Purkinje in vitro, mejora su supervivencia. En el sistema nervioso central, la serina actúa como un neurotransmisor excitatorio en ciertos tipos de neuronas, contribuyendo a la transmisión de señales nerviosas entre las células nerviosas.
- Fosforilación. La serina puede ser fosforilada, es decir, unirse a grupos fosfato. Esta modificación post-traduccional de las proteínas que contienen serina puede regular su actividad y función en diversas vías celulares, incluidas las vías de señalización celular. Diversos estudios de las células cancerosas y de linfocitos han encontrado que las unidades de carbono dependientes de serina son necesarias para la producción desmedida de nucleótidos, así como de la subsecuente proliferación de las células cancerosas.
- Regulación del metabolismo. Participa en la regulación de varias vías metabólicas, incluida la gluconeogénesis, la síntesis de la colina y la biosíntesis de otros aminoácidos, como la glicina y la cisteína.
Biosíntesis de la serina
La serina es un aminoácido no esencial, dado que es sintetizado por el cuerpo humano. Sin embargo, puede ser asimilada a partir de la ingesta de diferentes fuentes, como proteínas y fosfolípidos, principalmente.
La serina se sintetiza en su forma L por medio de la conversión de una molécula de glicina, reacción mediada por una enzima hidroximetil-transferasa.
Se sabe que el principal lugar de síntesis de L-serina es en los astrocitos y no en las neuronas. En estas células, la síntesis ocurre por una ruta de fosforilación en la que participa el 3-fosfoglicerato, un intermediario glucolítico.
En dicha ruta actúan tres enzimas: la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa, la fosfoserina-transferasa y la fosfoserina-fosfatasa.
Otros órganos importantes en la síntesis de serina son el hígado, los riñones, los testículos y el bazo. Las enzimas que sintetizan serina por vías distintas a la fosforilación solo se encuentran en el hígado y en los riñones.
Una de las primeras rutas de síntesis de la serina que se conoció fue la vía catabólica involucrada en la gluconeogénesis, donde se obtiene L-serina como un metabolito secundario. Sin embargo, el aporte de esta ruta a la producción de serina corporal es bajo.
Metabolismo de la serina
Actualmente, se sabe que la serina puede obtenerse a partir del metabolismo de carbohidratos en el hígado, donde se produce ácido D-glicérico, ácido 3-fosfoglicérico y ácido 3-fosfohidroxipirúvico. Gracias a un proceso de transaminación entre el ácido 3-hidroxi pirúvico y la alanina se produce serina.
Experimentos realizados con ratas marcando radiactivamente el carbono 4 de la glucosa, han concluido que este carbono se incorpora efectivamente en los esqueletos carbonados de la serina, sugiriendo que dicho aminoácido posee un precursor de tres carbonos probablemente procedente del piruvato.
En las bacterias, la enzima L-serina-desaminasa es la principal enzima encargada de metabolizar la serina: convierte la L-serina en piruvato. Se sabe que esta enzima está presente y activa en cultivos de E. coli crecidos en medios mínimos con glucosa.
No se sabe a ciencia cierta cuál es la función real de la L-serina-desaminasa en estos microorganismos, puesto que su expresión es inducida por efectores mutacionales que dañan el ADN por radiación ultravioleta, por la presencia de ácido nalidíxico, mitomicina y otros, por lo que se deduce que debe tener implicaciones fisiológicas importantes.
Alimentos ricos en serina
Todos los alimentos con altas concentraciones de proteínas son ricos en serina, principalmente huevos, carnes y pescados. Sin embargo, es un aminoácido no esencial, por lo que no es estrictamente necesario ingerirlo, en vista de que el cuerpo es capaz de sintetizarlo por sí mismo.
Algunas personas padecen de un trastorno poco común, ya que presentan un fenotipo con deficiencia respecto a los mecanismos de síntesis de la serina y la glicina, por tanto, necesitan ingerir complementos alimenticios concentrados para ambos aminoácidos.
Además, algunas marcas comerciales especializadas en la venta de suplementos vitamínicos ofrecen concentrados de fosfatidilserina y L-serina para incrementar la producción de masa muscular en los atletas de alta competencia y levantadores de pesas.
Enfermedades relacionadas con la serina
El mal funcionamiento de las enzimas implicadas en la biosíntesis de la serina puede provocar patologías graves. Al disminuir la concentración de serina en el plasma sanguíneo y el líquido cefalorraquídeo, puede provocar hipertonía, retraso psicomotor, microcefalia, epilepsia y trastornos complejos del sistema nervioso central.
Actualmente, se ha descubierto que la deficiencia de serina está implicada en el desarrollo de diabetes mellitus, ya que la L-serina es necesaria para la síntesis de la insulina y de sus receptores.
Los bebés que presentan defectos en la biosíntesis de serina son neurológicamente anormales al nacer, presentan retrasos en el crecimiento intrauterino, microcefalia congénita, cataratas, convulsiones y un grave retraso en el desarrollo neurológico.
Referencias
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