Como precursor de otros aminoácidos no esenciales como la cisteína y la taurina , compuestos versátiles como el SAM-e y el importante antioxidante glutatión , la metionina desempeña un papel fundamental en el metabolismo y la salud de muchas especies, incluidos los humanos. La metionina también participa en la angiogénesis y en diversos procesos relacionados con la transcripción del ADN, la expresión epigenética y la regulación genética.
La metionina fue aislada por primera vez en 1921 por John Howard Mueller . [5] Está codificado por el codón AUG. Fue nombrado por Satoru Odake en 1925, como una abreviatura de su descripción estructural ácido 2-amino-4-( metiltio ) butanoico . [6]
Detalles bioquímicos
La metionina (abreviada como Met o M ; codificada por el codón AUG) es un α- aminoácido que se utiliza en la biosíntesis de proteínas . Contiene un grupo carboxilo (que está en la forma desprotonada −COO − en condiciones de pH biológico ), un grupo amino (que está en la forma protonada −NH+ 3forma en condiciones biológicas de pH) ubicado en posición α con respecto al grupo carboxilo, y una cadena lateral S -metil tioéter , clasificándolo como un aminoácido alifático no polar .
La cisteína y la metionina son los dos aminoácidos proteinogénicos que contienen azufre . Excluyendo las pocas excepciones en las que la metionina puede actuar como sensor redox (por ejemplo, sulfóxido de metionina [8] ), los residuos de metionina no tienen una función catalítica. [9] Esto contrasta con los residuos de cisteína, donde el grupo tiol tiene un papel catalítico en muchas proteínas. [9] Sin embargo, el tioéter dentro de la metionina tiene un papel estructural menor debido al efecto de estabilidad de las interacciones S/π entre el átomo de azufre de la cadena lateral y los aminoácidos aromáticos en un tercio de todas las estructuras proteicas conocidas. [9] Esta falta de un papel importante se refleja en experimentos en los que se observa poco efecto en proteínas donde la metionina se reemplaza por norleucina , un aminoácido de cadena lateral de hidrocarburo lineal que carece de tioéter. [10]
Se ha conjeturado que la norleucina estaba presente en las primeras versiones del código genético, pero la metionina se introdujo en la versión final del código genético debido a que se utiliza en el cofactor S -adenosilmetionina (SAM-e). [11] Esta situación no es única y puede haber ocurrido con la ornitina y la arginina . [12]
Codificación
La metionina es uno de los dos únicos aminoácidos codificados por un único codón (AUG) en el código genético estándar ( el triptófano , codificado por UGG, es el otro). Como reflejo del origen evolutivo de su codón, los otros codones AUN codifican isoleucina , que también es un aminoácido hidrofóbico. En el genoma mitocondrial de varios organismos, incluidos metazoos y levaduras , el codón AUA también codifica metionina. En el código genético estándar, AUA codifica isoleucina y el ARNt respectivo ( ileX en Escherichia coli ) utiliza la base inusual lisidina (bacterias) o agmatidina (arqueas) para discriminar AUG. [13] [14]
El derivado de metionina S -adenosilmetionina (SAM-e) es un cofactor que sirve principalmente como donante de metilo . SAM-e está compuesto por una molécula de adenosilo (a través del carbono 5') unida al azufre de la metionina, lo que lo convierte en un catión sulfonio (es decir, tres sustituyentes y carga positiva). El azufre actúa como un ácido de Lewis suave (es decir, donador/electrófilo) que permite que el grupo S -metilo se transfiera a un sistema de oxígeno, nitrógeno o aromático, a menudo con la ayuda de otros cofactores como la cobalamina (vitamina B 12 en humanos). Algunas enzimas utilizan SAM-e para iniciar una reacción radical; éstas se denominan enzimas radicales SAM-e . Como resultado de la transferencia del grupo metilo se obtiene S -adenosilhomocisteína. En las bacterias, esto se regenera mediante metilación o se recupera eliminando la adenina y la homocisteína, dejando que el compuesto dihidroxipentandiona se convierta espontáneamente en autoinductor-2 , que se excreta como producto de desecho o señal de quórum.
Biosíntesis
Como aminoácido esencial, la metionina no se sintetiza de novo en humanos y otros animales, que deben ingerir metionina o proteínas que contienen metionina. En plantas y microorganismos, la biosíntesis de metionina pertenece a la familia de los aspartatos , junto con la treonina y la lisina (vía diaminopimelato , pero no vía α-aminoadipato ). La columna vertebral principal se deriva del ácido aspártico , mientras que el azufre puede provenir de cisteína , metanotiol o sulfuro de hidrógeno . [9]
En primer lugar, el ácido aspártico se convierte a través de β-aspartil semialdehído en homoserina mediante dos pasos de reducción del grupo carboxilo terminal (la homoserina tiene, por tanto, un γ-hidroxilo, de ahí la homoserie ). El aspartato semialdehído intermedio es el punto de ramificación de la vía biosintética de la lisina, donde en cambio se condensa con piruvato. La homoserina es el punto de ramificación de la vía de la treonina, donde en cambio se isomeriza después de activar el hidroxilo terminal con fosfato (también utilizado para la biosíntesis de metionina en plantas). [9]
Luego, la homoserina se activa con un grupo fosfato, succinilo o acetilo en el hidroxilo.
En las plantas y posiblemente en algunas bacterias, se utiliza [9] fosfato. Este paso se comparte con la biosíntesis de treonina. [9]
En la mayoría de los organismos, se utiliza un grupo acetilo para activar la homoserina. Esto puede ser catalizado en bacterias por una enzima codificada por metX o metA (no homólogos). [9]
En enterobacterias y un número limitado de otros organismos, se utiliza succinato. La enzima que cataliza la reacción es MetA y la especificidad por acetil-CoA y succinil-CoA viene dictada por un único residuo. [9] Se desconoce la base fisiológica de la preferencia por acetil-CoA o succinil-CoA, pero estas rutas alternativas están presentes en algunas otras vías ( por ejemplo, biosíntesis de lisina y biosíntesis de arginina).
Luego, el grupo activador hidroxilo se reemplaza con cisteína, metanotiol o sulfuro de hidrógeno. Una reacción de sustitución es técnicamente una eliminación γ seguida de una variante de adición de Michael . Todas las enzimas involucradas son homólogas y miembros de la familia de enzimas dependientes de PLP del metabolismo Cys/Met , que es un subconjunto del clado tipo I del pliegue dependiente de PLP. Utilizan el cofactor PLP ( fosfato de piridoxal ), que funciona estabilizando los intermediarios carbaniones. [9]
Si reacciona con la cisteína, produce cistationina , que se escinde para producir homocisteína . Las enzimas implicadas son la cistationina-γ-sintasa (codificada por metB en bacterias) y la cistationina-β-liasa ( metC ). La cistationina se une de manera diferente en las dos enzimas, lo que permite que se produzcan reacciones β o γ. [9]
Si reacciona con el sulfuro de hidrógeno libre, produce homocisteína. Esto es catalizado por la O -acetilhomoserina aminocarboxipropiltransferasa (anteriormente conocida como O -acetilhomoserina (tiol)-liasa. Está codificada por metY o metZ en las bacterias. [9]
Si reacciona con metanotiol, produce metionina directamente. El metanotiol es un subproducto de la vía catabólica de ciertos compuestos, por lo que esta ruta es menos común. [9]
Si se produce homocisteína, el grupo tiol se metila, produciendo metionina. Se conocen dos metionina sintasas ; uno es dependiente de cobalamina (vitamina B 12 ) y el otro es independiente. [9]
La vía que utiliza cisteína se denomina " vía de transsulfuración ", mientras que la vía que utiliza sulfuro de hidrógeno (o metanotiol) se denomina "vía de sulfurilación directa".
La cisteína se produce de manera similar, es decir, puede prepararse a partir de una serina activada y de homocisteína ("ruta de transsulfurilación inversa") o de sulfuro de hidrógeno ("ruta de sulfurilación directa"); la serina activada es generalmente O -acetilserina (a través de CysK o CysM en E. coli ), pero en Aeropyrum pernix y algunas otras arqueas se utiliza O -fosfoserina. [15] CysK y CysM son homólogos, pero pertenecen al clado tipo III del pliegue PLP.
Vía de transsulfurilación
Enzimas implicadas en la ruta de transsulfurilación de la biosíntesis de metionina de E. coli :
La homocisteína también se puede remetilar utilizando glicina betaína ( N , N , N -trimetilglicina, TMG) a metionina a través de la enzima betaína-homocisteína metiltransferasa (EC2.1.1.5, BHMT). La BHMT constituye hasta el 1,5% de toda la proteína soluble del hígado, y la evidencia reciente sugiere que puede tener una mayor influencia en la homeostasis de la metionina y la homocisteína que la metionina sintasa.
Vía de transulfurilación inversa: conversión a cisteína
(7) La enzima α-cetoácido deshidrogenasa convierte el α-cetobutirato en propionil-CoA , que se metaboliza a succinil-CoA en un proceso de tres pasos (consulte propionil-CoA para conocer la vía).
Síntesis de etileno
Este aminoácido también es utilizado por las plantas para la síntesis de etileno . El proceso se conoce como ciclo Yang o ciclo de la metionina.
La síntesis industrial combina acroleína , metanotiol y cianuro, lo que produce la hidantoína . [16] La metionina racémica también se puede sintetizar a partir de ftalimidomalonato de dietilo y sodio mediante alquilación con sulfuro de cloroetilmetilo (ClCH 2 CH 2 SCH 3 ) seguida de hidrólisis y descarboxilación. Véase también Metanol. [17]
Nutrición humana
No existe evidencia clínica concluyente sobre la suplementación con metionina. [18] La restricción dietética de metionina puede provocar trastornos relacionados con los huesos. [18]
La suplementación con metionina puede beneficiar a quienes padecen intoxicación por cobre . [19]
El consumo excesivo de metionina, el donante del grupo metilo en la metilación del ADN , está relacionado con el crecimiento del cáncer en varios estudios. [20] [21]
Requisitos
La Junta de Alimentos y Nutrición del Instituto de Medicina de EE. UU. estableció cantidades dietéticas recomendadas (CDR) para los aminoácidos esenciales en 2002. Para metionina combinada con cisteína, para adultos de 19 años o más, 19 mg/kg de peso corporal/día. [22]
Esto se traduce en aproximadamente 1,33 gramos por día para una persona de 70 kilogramos.
Fuentes dietéticas
Se pueden encontrar niveles elevados de metionina en los huevos, la carne y el pescado; semillas de sésamo, nueces de Brasil y algunas otras semillas de plantas; y granos de cereales . La mayoría de frutas y verduras contienen muy poca. La mayoría de las legumbres , aunque ricas en proteínas, tienen un bajo contenido de metionina. Las proteínas sin metionina adecuada no se consideran proteínas completas . [23] Por esa razón, a veces se agrega metionina racémica como ingrediente a los alimentos para mascotas . [24]
Salud
La pérdida de metionina se ha relacionado con el envejecimiento senil del cabello. Su falta provoca una acumulación de peróxido de hidrógeno en los folículos pilosos , una reducción de la eficacia de la tirosinasa y una pérdida gradual del color del cabello. [25] La metionina aumenta la concentración intracelular de glutatión , promoviendo así la defensa celular mediada por antioxidantes y la regulación redox. También protege las células contra la pérdida de células nigrales inducida por la dopamina al unirse a metabolitos oxidativos. [26]
La DL -metionina a veces se administra como suplemento a los perros; Ayuda a reducir las posibilidades de que se formen cálculos renales en los perros. También se sabe que la metionina aumenta la excreción urinaria de quinidina al acidificar la orina. Los antibióticos aminoglucósidos utilizados para tratar las infecciones del tracto urinario funcionan mejor en condiciones alcalinas y la acidificación de la orina por el uso de metionina puede reducir su eficacia. Si un perro sigue una dieta que acidifica la orina, no se debe utilizar metionina. [28]
La metionina está permitida como complemento del alimento orgánico para aves de corral según el programa orgánico certificado de EE. UU. [29]
La metionina se puede utilizar como una opción pesticida no tóxica contra las orugas gigantes de cola de golondrina , que son una plaga grave para los cultivos de naranja. [30]
^ Dawson RM, Elliott DC, Elliott WH, Jones KM (1959). Datos para la investigación bioquímica . Oxford: Prensa de Clarendon.
^ Oeste, Robert C., ed. (1981). Manual CRC de Química y Física (62ª ed.). Boca Ratón, FL: CRC Press. pag. C-374. ISBN0-8493-0462-8..
^ "Nomenclatura y simbolismo de aminoácidos y péptidos". Comisión Conjunta IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioquímica. 1983. Archivado desde el original el 9 de octubre de 2008 . Consultado el 5 de marzo de 2018 .
^ "Metionina". Prensa de la Universidad de Oxford. Archivado desde el original el 27 de enero de 2018.
^ Pappenheimer AM (1987). "Una memoria biográfica de John Howard Mueller" (PDF) . Washington DC: Academia Nacional de Ciencias.
^ Odake, Satoru (1925). "Sobre la aparición de un aminoácido que contiene azufre en la levadura". Boletín de la Sociedad de Química Agrícola de Japón . 1 (8): 87–89. doi :10.1271/bbb1924.1.87. ISSN 1881-1272.
^ Guedes RL, Prosdocimi F, Fernandes GR, Moura LK, Ribeiro HA, Ortega JM (diciembre de 2011). "Vías de biosíntesis de aminoácidos y asimilación de nitrógeno: una gran deleción genómica durante la evolución de los eucariotas". Genómica BMC . 12 (Suplemento 4): T2. doi : 10.1186/1471-2164-12-S4-S2 . PMC 3287585 . PMID 22369087.
^ Bigelow DJ, Squier TC (enero de 2005). "Modulación redox de la señalización celular y el metabolismo mediante oxidación reversible de sensores de metionina en proteínas reguladoras de calcio". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y proteómica (manuscrito enviado). 1703 (2): 121-134. doi :10.1016/j.bbapap.2004.09.012. PMID 15680220.
^ abcdefghijklmn Ferla MP, Patrick WM (agosto de 2014). "Biosíntesis bacteriana de metionina". Microbiología . 160 (Parte 8): 1571–1584. doi : 10.1099/mic.0.077826-0 . PMID 24939187.
^ Cirino PC, Tang Y, Takahashi K, Tirrell DA, Arnold FH (septiembre de 2003). "La incorporación global de norleucina en lugar de metionina en el dominio hemo BM-3 del citocromo P450 aumenta la actividad peroxigenasa". Biotecnología y Bioingeniería . 83 (6): 729–734. doi : 10.1002/bit.10718. PMID 12889037. S2CID 11380413.
^ Álvarez-Carreño C, Becerra A, Lazcano A (octubre de 2013). "La norvalina y la norleucina pueden haber sido componentes proteicos más abundantes durante las primeras etapas de la evolución celular". Orígenes de la vida y evolución de la biosfera . 43 (4–5): 363–375. Código Bib : 2013OLEB...43..363A. doi :10.1007/s11084-013-9344-3. PMID 24013929. S2CID 17224537.
^ Jukes TH (agosto de 1973). "La arginina como intruso evolutivo en la síntesis de proteínas". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 53 (3): 709–714. doi :10.1016/0006-291x(73)90151-4. PMID 4731949.
^ Ikeuchi Y, Kimura S, Numata T, Nakamura D, Yokogawa T, Ogata T, Wada T, Suzuki T, Suzuki T (abril de 2010). "La citidina conjugada con agmatina en un anticodón de ARNt es esencial para la decodificación de AUA en arqueas". Biología Química de la Naturaleza . 6 (4): 277–282. doi :10.1038/nchembio.323. PMID 20139989.
^ Muramatsu T, Nishikawa K, Nemoto F, Kuchino Y, Nishimura S, Miyazawa T, Yokoyama S (noviembre de 1988). "Las especificidades de codones y aminoácidos de un ARN de transferencia se convierten mediante una única modificación postranscripcional". Naturaleza . 336 (6195): 179–181. Código Bib :1988Natur.336..179M. doi :10.1038/336179a0. PMID 3054566. S2CID 4371485.
^ Mino K, Ishikawa K (septiembre de 2003). "Una nueva reacción de sulfhidrilación de O-fosfo-L-serina catalizada por O-acetilserina sulfhidrilasa de Aeropyrum pernix K1". Cartas FEBS . 551 (1–3): 133–138. doi : 10.1016/S0014-5793(03)00913-X . PMID 12965218. S2CID 28360765.
^ Karlheinz Drauz; Ian Grayson; Axel Kleemann; Hans-Peter Krimmer; Wolfgang Leuchtenberger; Christoph Weckbecker (2006). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN978-3527306732.
^ ab Navik U, Sheth VG, Khurana A, Jawalekar SS, Allawadhi P, Gaddam RR, Bhatti JS, Tikoo K. (2021). "La metionina como arma de doble filo en la salud y la enfermedad: perspectiva actual y desafíos futuros". Envejecimiento Res Rev. 72 : 101500. doi : 10.1016/j.arr.2021.101500. PMID 34700006.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ "Metionina". WebMD .
^ Cavuoto P, Fenech MF (2012). "Una revisión de la dependencia de la metionina y el papel de la restricción de metionina en el control del crecimiento del cáncer y la extensión de la vida". Reseñas de tratamientos contra el cáncer . 38 (6): 726–736. doi :10.1016/j.ctrv.2012.01.004. PMID 22342103.
^ Bodeguero E, Durando X, Vasson MP, Farges MC, Demiden A, Maurizis JC, Madelmont JC, Chollet P (2003). "Dependencia de metionina y tratamiento del cáncer". Reseñas de tratamientos contra el cáncer . 29 (6): 489–499. doi :10.1016/S0305-7372(03)00118-X. PMID 14585259.
^ Instituto de Medicina (2002). "Proteínas y aminoácidos". Ingestas dietéticas de referencia de energía, carbohidratos, fibra, grasas, ácidos grasos, colesterol, proteínas y aminoácidos . Washington, DC: Prensa de las Academias Nacionales. págs. 589–768. doi :10.17226/10490. ISBN978-0-309-08525-0.
^ Finkelstein JD (mayo de 1990). "Metabolismo de la metionina en mamíferos". La Revista de Bioquímica Nutricional . 1 (5): 228–237. doi :10.1016/0955-2863(90)90070-2. PMID 15539209. S2CID 32264340.
^ Palika L (1996). La guía del consumidor sobre alimentos para perros: qué contienen los alimentos para perros, por qué están ahí y cómo elegir el mejor alimento para su perro . Nueva York: Casa del Libro Howell. ISBN978-0-87605-467-3.
^ Wood JM, Decker H, Hartmann H, Chavan B, Rokos H, Spencer JD, et al. (Julio de 2009). "Encanecimiento del cabello senil: el estrés oxidativo mediado por H2O2 afecta el color del cabello humano al mitigar la reparación del sulfóxido de metionina". Revista FASEB . 23 (7): 2065–75. arXiv : 0706.4406 . doi : 10.1096/fj.08-125435 . hdl :10454/6241. PMID 19237503. S2CID 16069417.
^ Pinnen F, et al. (2009). "Cofármacos que vinculan L -dopa y antioxidantes que contienen azufre: nuevas herramientas farmacológicas contra la enfermedad de Parkinson". Revista de Química Medicinal . 52 (2): 559–63. doi :10.1021/jm801266x. PMID 19093882.
^ Refsum H, Ueland PM, Nygård O, Vollset SE (1998). "Homocisteína y enfermedades cardiovasculares". Revista Anual de Medicina . 49 (1): 31–62. doi :10.1146/annurev.med.49.1.31. PMID 9509248.
^ Grimshaw, Jane (25 de julio de 2011) Usos y efectos secundarios de la metionina para perros. bichos360.com
^ "Reglas y reglamentos". Registro Federal . 76 (49): 13501–13504. 14 de marzo de 2011.
^ Lewis DS, Cuda JP, Stevens BR (diciembre de 2011). "Un nuevo pesticida biorracional: eficacia de la metionina contra Heraclides (Papilio) cresphontes, un sustituto del invasor Princeps (Papilio) demoleus (Lepidoptera: Papilionidae)". Revista de Entomología Económica . 104 (6): 1986-1990. doi : 10.1603/ec11132 . PMID 22299361. S2CID 45255198.
enlaces externos
Rudra MN, Chowdhury LM (30 de septiembre de 1950). "Contenido de metionina de cereales y legumbres". Naturaleza . 166 (568): 568. Bibcode :1950Natur.166..568R. doi : 10.1038/166568a0 . PMID 14780151. S2CID 3026278.