En bioquímica , los aminoácidos no codificados o no proteinógenos son distintos de los 22 aminoácidos proteinógenos (21 en eucariotas [nota 1] ), que están codificados naturalmente en el genoma de los organismos para el ensamblaje de proteínas. Sin embargo, más de 140 aminoácidos no proteinógenos se encuentran naturalmente en las proteínas y miles más pueden encontrarse en la naturaleza o sintetizarse en el laboratorio. [1] Los aminoácidos sintetizados químicamente pueden denominarse aminoácidos no naturales. Los aminoácidos no naturales se pueden preparar sintéticamente a partir de sus análogos nativos mediante modificaciones como alquilación de aminas, sustitución de cadenas laterales, ciclación de extensión de enlaces estructurales y reemplazos isostéricos dentro de la cadena principal de aminoácidos. [2] Muchos aminoácidos no proteinógenos son importantes:
Técnicamente, cualquier compuesto orgánico con un grupo funcional amina (–NH 2 ) y ácido carboxílico (–COOH) es un aminoácido. Los aminoácidos proteinogénicos son un pequeño subconjunto de este grupo que poseen un átomo de carbono central (α- o 2-) que lleva un grupo amino, un grupo carboxilo, una cadena lateral y una conformación levo de α-hidrógeno , con la excepción de la glicina , que es aquiral y prolina , cuyo grupo amino es una amina secundaria y, en consecuencia, con frecuencia se lo denomina iminoácido por razones tradicionales, aunque no imino.
El código genético codifica 20 aminoácidos estándar para su incorporación a las proteínas durante la traducción . Sin embargo, existen dos aminoácidos extra proteinogénicos: la selenocisteína y la pirrolisina . Estos aminoácidos no estándar no tienen un codón dedicado, pero se agregan en lugar de un codón de parada cuando está presente una secuencia específica, un codón UGA y un elemento SECIS para la selenocisteína, [5] secuencia descendente de UAG PYLIS para la pirrolisina. [6] Todos los demás aminoácidos se denominan "no proteinógenos".
Hay varios grupos de aminoácidos: [7]
Estos grupos se superponen, pero no son idénticos. Los 22 aminoácidos proteinogénicos son biosintetizados por organismos y algunos, pero no todos, también son abióticos (se encuentran en experimentos prebióticos y meteoritos). Algunos aminoácidos naturales, como la norleucina , se incorporan erróneamente de forma traduccional a las proteínas debido a la infidelidad del proceso de síntesis de proteínas. Muchos aminoácidos, como la ornitina , son intermediarios metabólicos producidos biosintéticamente, pero no incorporados traslacionalmente a las proteínas. La modificación postraduccional de los residuos de aminoácidos en las proteínas conduce a la formación de muchos aminoácidos proteicos, pero no proteinógenos. Otros aminoácidos se encuentran únicamente en mezclas abióticas (p. ej., α-metilnorvalina). Se han insertado traslacionalmente más de 30 aminoácidos no naturales en proteínas en sistemas diseñados, pero no son biosintéticos. [7]
Además del sistema de numeración IUPAC para diferenciar los distintos carbonos de una molécula orgánica, al asignar secuencialmente un número a cada carbono, incluidos los que forman un grupo carboxílico, los carbonos a lo largo de la cadena lateral de los aminoácidos también se pueden etiquetar con letras griegas. , donde el carbono α es el carbono quiral central que posee un grupo carboxilo, una cadena lateral y, en los aminoácidos α, un grupo amino; el carbono en los grupos carboxílicos no se cuenta. [8] (En consecuencia, los nombres IUPAC de muchos α-aminoácidos no proteinógenos comienzan con ácido 2-amino y terminan en ácido -ico ).
La mayoría de los aminoácidos naturales son α-aminoácidos en la configuración L , pero existen algunas excepciones.
Algunos aminoácidos distintos de los α existen en los organismos. En estas estructuras, el grupo amino se desplaza más lejos del extremo del ácido carboxílico de la molécula de aminoácido. Así, un β-aminoácido tiene el grupo amino unido al segundo carbono, y un γ-aminoácido lo tiene en el tercero. Los ejemplos incluyen β-alanina , GABA y ácido δ-aminolevulínico .
![β-alanina: aminoácido producido por la aspartato 1-descarboxilasa y precursor de la coenzima A[9] y de los péptidos carnosina y anserina.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/Beta-alanine_structure.svg/1280px-Beta-alanine_structure.svg.png)
La razón por la que los α-aminoácidos se utilizan en las proteínas se ha relacionado con su frecuencia en meteoritos y experimentos prebióticos. [10] Una especulación inicial sobre las propiedades nocivas de los β-aminoácidos en términos de estructura secundaria [10] resultó ser incorrecta. [11]
Algunos aminoácidos contienen la quiralidad absoluta opuesta, sustancias químicas que no están disponibles en la maquinaria normal de traducción y transcripción ribosómica. La mayoría de las paredes de las células bacterianas están formadas por peptidoglicano , un polímero compuesto por aminoazúcares entrecruzados con oligopéptidos cortos unidos entre sí. El oligopéptido no se sintetiza de forma ribosómica y contiene varias peculiaridades, incluidos D-aminoácidos , generalmente D -alanina y D -glutamato. Una peculiaridad adicional es que el primero se racemiza mediante enzimas de unión a PLP (codificadas por alr o el homólogo dadX ), mientras que el segundo se racemiza mediante una enzima independiente del cofactor ( murI ). Algunas variantes están presentes, en Thermotoga spp. D -lisina está presente y en ciertas bacterias resistentes a la vancomicina está presente D -serina (gen vanT ). [12] [13]
Todos los aminoácidos proteinogénicos tienen al menos un hidrógeno en el carbono α. La glicina tiene dos hidrógenos y todas las demás tienen un hidrógeno y una cadena lateral. La sustitución del hidrógeno restante por un sustituyente más grande, como un grupo metilo, distorsiona la estructura proteica. [10]
En algunos hongos, el ácido α-aminoisobutírico se produce como precursor de péptidos, algunos de los cuales exhiben propiedades antibióticas. [14] Este compuesto es similar a la alanina, pero posee un grupo metilo adicional en el carbono α en lugar de hidrógeno. Por tanto, es aquiral. Otro compuesto similar a la alanina sin α-hidrógeno es la deshidroalanina , que posee una cadena lateral de metileno. Es uno de varios deshidroaminoácidos naturales .
Un subconjunto de L -α-aminoácidos es ambiguo en cuanto a cuál de los dos extremos es el carbono α. En las proteínas, un residuo de cisteína puede formar un enlace disulfuro con otro residuo de cisteína, reticulando así la proteína. Dos cisteínas reticuladas forman una molécula de cistina . La cisteína y la metionina generalmente se producen por sulfurilación directa, pero en algunas especies pueden producirse por transsulfuración , donde la homoserina o serina activada se fusiona con una cisteína u homocisteína formando cistationina . Un compuesto similar es la lantionina , que puede verse como dos moléculas de alanina unidas mediante un enlace tioéter y se encuentra en varios organismos. De manera similar, el ácido djenkolic , una toxina vegetal procedente de los frijoles jengkol , está compuesto por dos cisteínas conectadas por un grupo metileno. El ácido diaminopimélico se utiliza como puente en el peptidoglicano y como precursor de la lisina (a través de su descarboxilación).
En meteoritos y en experimentos prebióticos (por ejemplo, el experimento de Miller-Urey ) se encuentran muchos más aminoácidos que los veinte aminoácidos estándar, varios de los cuales se encuentran en concentraciones más altas que los estándar. Se ha conjeturado que si la vida basada en aminoácidos surgiera en otras partes del universo, no más del 75% de los aminoácidos serían comunes. [10] La anomalía más notable es la falta de ácido aminobutírico.
El código genético ha sido descrito como un accidente congelado y las razones por las que sólo existe un aminoácido estándar de cadena lineal, la alanina, podrían ser simplemente redundancias con valina, leucina e isoleucina. [10] Sin embargo, se informa que los aminoácidos de cadena lineal forman hélices alfa mucho más estables. [15]
La serina, la homoserina , la O -metilhomoserina y la O -etilhomoserina poseen una cadena lateral de hidroximetilo, hidroxietilo, O -metilhidroximetilo y O -metilhidroxietilo; mientras que la cisteína, la homocisteína , la metionina y la etionina poseen los equivalentes de tiol. Los equivalentes de selenol son selenocisteína, selenohomocisteína, selenometionina y selenoetionina. Los aminoácidos con el siguiente calcógeno también se encuentran en la naturaleza: varias especies como Aspergillus fumigatus , Aspergillus terreus y Penicillium chrysogenum , en ausencia de azufre, son capaces de producir e incorporar a las proteínas telurocisteína y telurometionina. [dieciséis]
En las células, especialmente en las autótrofas, se encuentran varios aminoácidos no proteinógenos como intermediarios metabólicos. Sin embargo, a pesar de la flexibilidad catalítica de las enzimas de unión a PLP, muchos aminoácidos se sintetizan como cetoácidos (como el 4-metil-2-oxopentanoato a leucina) y se aminan en el último paso, manteniendo así el número de aminoácidos no proteinógenos. intermedios bastante bajos.
La ornitina y la citrulina ocurren en el ciclo de la urea , parte del catabolismo de los aminoácidos (ver más abajo). [17]
Además del metabolismo primario , varios aminoácidos no proteinógenos son precursores o la producción final en el metabolismo secundario para formar pequeños compuestos o péptidos no ribosómicos (como algunas toxinas ).
A pesar de no estar codificados por el código genético como aminoácidos proteinogénicos, algunos aminoácidos no estándar se encuentran en las proteínas. Estos se forman mediante modificación postraduccional de las cadenas laterales de aminoácidos estándar presentes en la proteína diana. Estas modificaciones suelen ser esenciales para la función o regulación de una proteína; por ejemplo, en el γ-carboxiglutamato , la carboxilación del glutamato permite una mejor unión de los cationes de calcio , [18] y en la hidroxiprolina , la hidroxilación de la prolina es fundamental para el mantenimiento de los tejidos conectivos . [19] Otro ejemplo es la formación de hipusina en el factor de iniciación de la traducción EIF5A , mediante la modificación de un residuo de lisina. [20] Tales modificaciones también pueden determinar la localización de la proteína; por ejemplo, la adición de grupos hidrófobos largos puede hacer que una proteína se una a una membrana de fosfolípidos . [21]
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Existe cierta evidencia preliminar de que el ácido aminomalónico puede estar presente, posiblemente por incorporación errónea, en las proteínas. [22] [23]
Varios aminoácidos no proteinogénicos son tóxicos debido a su capacidad para imitar ciertas propiedades de los aminoácidos proteinogénicos, como la tialisina . Algunos aminoácidos no proteinogénicos son neurotóxicos al imitar los aminoácidos utilizados como neurotransmisores (es decir, no para la biosíntesis de proteínas), incluidos el ácido quiscalálico , la canavanina y el ácido azetidina-2-carboxílico . [24] La cefalosporina C tiene una estructura principal de ácido α-aminoadípico (homoglutamato) que está amidada con un resto de cefalosporina. [25] La penicilamina es un aminoácido terapéutico, cuyo modo de acción se desconoce.
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Las cianotoxinas naturales también pueden incluir aminoácidos no proteinógenos. La microcistina y la nodularina , por ejemplo, se derivan de ADDA , un β-aminoácido.
La taurina es un ácido aminosulfónico y no un ácido aminocarboxílico; sin embargo, en ocasiones se considera como tal, ya que las cantidades necesarias para suprimir el auxótrofo en ciertos organismos (como los gatos) son más cercanas a las de los "aminoácidos esenciales" (aminoácido auxotrófico). ) que de las vitaminas (auxotrofia del cofactor).
Los osmolitos, la sarcosina y la glicina betaína se derivan de aminoácidos, pero tienen una amina secundaria y cuaternaria respectivamente.