miniatura|dereita|100px|Fórmula da cisteína ionizada. miniatura|dereita|Modelo tridimensional co S en amarelo. miniatura|dereita|250px|(R)-Cisteína (esquerda) (S)-Cisteína (dereita) nun zwitterion iónico a pH neutro miniatura|150px|Síntese da cisteína. A cistationina beta sintetase cataliza a reacción da figura superior e a cistationina gamma-liase cataliza a reacción inferior
A cisteína (simbolizada por Cys ou C) é un α-aminoácido coa fórmula química HOOC-CH(NH2)CH2SH - IUPAC-IUB amino acids 1983. 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.
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 Alimentos ricos en cisteína A 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 A 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 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..
Biosíntese En 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 ..
Degradación Na súa degradación oxidativa a cisteína orixina piruvato, que pode entrar na gliconeoxénese, polo que é un aminoácido glicoxénico.
Funcións biolóxicas O 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. . Debido á súa alta reactividade, o grupo tiol da cisteína ten numerosas funcións biolóxicas.
Precursor do antioxidante glutatión Debido 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 As pontes disulfuro teñen un papel importante no pregamento e estabilidade dalgunhas proteínas, especialmente de proteínas segregadas 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.
miniatura|150px|Figura 2: dímero de cistina (en forma neutra), que se forma pola unión de dúas moléculas de cisteína unidas por unha ponte disulfuro.
Precursor de grupos ferrosulfurados A 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..
Unión a ións metálicos Ademais 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 ...
Modificacións postraducionais Ademais 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 O 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. Cysteine and methionine metabolism - Reference pathway
miniatura|centro|700px|Resumo do metabolismo da cisteína
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.
miniatura|centro|700px|Biosíntese da taurina
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.
Aplicacións A cisteína, principalmente como L-cisteína, é un precursor na industria alimentaria, na farmacéutica e na industria do coidado 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. L. Tamén se usa en panadaría .. 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 As 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..
Redución dos efectos tóxicos do alcohol