CISTEÍNA: CARACTERÍSTICAS, ESTRUTURA, FUNÇÕES, BIOSSÍNTESE - BIOLOGIA - 2024

A cisteína (Cys, C) é um dos 22 aminoácidos encontrados na natureza como parte das cadeias polipeptídicas que compõem as proteínas dos seres vivos. É essencial para a estabilidade das estruturas terciárias das proteínas, pois auxilia na formação de pontes dissulfeto intramoleculares.

Assim como acontece com outros aminoácidos, como alanina, arginina, asparagina, glutamato e glutamina, glicina, prolina, serina e tirosina, os humanos são capazes de sintetizar cisteína, então isso não é considerado um aminoácido essencial.

Estrutura do aminoácido Cisteína (Fonte: Hattrich via Wikimedia Commons)

Apesar disso, e tendo em vista que as taxas de síntese nem sempre atendem às necessidades do organismo, alguns autores descrevem a cisteína como um aminoácido essencial "condicionalmente".

Este aminoácido recebeu o nome de "cistina", um componente dos cálculos biliares descoberto em 1810, cujo nome foi cunhado em 1832 por A. Baudrimont e F. Malaguti. Alguns anos depois, em 1884, E. Baumann descobriu que a cisteína era o produto da redução da cistina.

Após o trabalho de Bauman, em 1899, foi determinado que a cisteína é o principal constituinte da proteína que compõe os chifres de vários animais, o que sugeriu sua possível utilização para a síntese de polipeptídeos.

Sabe-se agora que a cisteína corporal provém de alimentos, reciclagem de proteínas e síntese endógena, que ocorre principalmente em hepatócitos.

Caracteristicas

A cisteína tem peso molecular de 121,16 g / mol e está, junto com a leucina, isoleucina, valina, fenilalanina, triptofano, metionina e tirosina, entre os aminoácidos mais hidrofóbicos.

Ele pertence ao grupo dos aminoácidos polares sem carga e, como outros aminoácidos, pode ser degradado por hidrólise alcalina em altas temperaturas.

Como o triptofano, a serina, a glicina e a treonina, a cisteína é um precursor metabólico da gliconeogênese e da cetogênese (formação de corpos cetônicos).

Este aminoácido existe como parte da sequência peptídica de proteínas, mas também pode ser encontrado livre no plasma sanguíneo na forma homogênea (cistina, um derivado) ou dissulfetos mistos, compostos da forma homocisteína-cisteína.

A principal diferença entre a cisteína livre e a encontrada na estrutura da proteína é que a primeira está em um estado redox altamente oxidado, enquanto a última geralmente está bastante reduzida.

Estrutura

Tal como acontece com o resto dos aminoácidos descritos até agora, a cisteína tem um átomo de carbono central, que é quiral e é conhecido como carbono-α.

Quatro espécies químicas diferentes estão ligadas a este átomo de carbono:

- um grupo amino (-NH3 +)

- um grupo carboxila (-COO-)

- um átomo de hidrogênio e

- um substituinte (-R).

O grupo substituinte é aquele que dá identidade a cada aminoácido e o da cisteína é caracterizado por conter um átomo de enxofre como parte de um grupo tiol ou sulfidrila (-CH2-SH).

É esse grupo que permite que ele participe da formação de pontes dissulfeto intra e intermoleculares. Por ser um nucleófilo, também pode participar de reações de substituição.

Na verdade, esta cadeia lateral de cisteína pode ser modificada para formar dois compostos conhecidos como "selenocisteína" e "lantionina". O primeiro é um aminoácido que também participa da formação de proteínas e o segundo é um derivado de aminoácido não proteico.

O grupo tiol da cisteína também é caracterizado por sua alta afinidade aos íons de prata e mercúrio (Ag + e Hg2 +).

Recursos

As principais funções da cisteína nos organismos vivos estão relacionadas à sua participação na formação de proteínas. Especificamente, a cisteína participa do estabelecimento de pontes dissulfeto, que são essenciais para a formação da estrutura terciária da proteína.

Além disso, este aminoácido não é apenas útil para a síntese de proteínas, mas também participa da síntese de glutationa (GSH) e fornece enxofre reduzido para metionina, ácido lipóico, tiamina, coenzima A (CoA), molibdopterina (um cofator) e outros compostos biologicamente importantes.

Sob condições de quantidades excessivas de aminoácidos de enxofre, cisteína e outros aminoácidos relacionados podem ser usados ​​para a produção de piruvato e enxofre inorgânico. O piruvato consegue ser redirecionado para a via gliconeogênica, servindo para a produção de glicose.

As queratinas, um dos tipos mais abundantes de proteínas estruturais no reino animal, são ricas em resíduos de cisteína. Por exemplo, a lã de ovelha contém mais de 4% de enxofre desse aminoácido.

A cisteína também participa de muitas reações de oxidação-redução, tornando-se parte do sítio ativo de algumas enzimas.

Ao reagir com a glicose, esse aminoácido gera produtos de reação que introduzem sabores e aromas atraentes em algumas preparações culinárias.

Biossíntese

A biossíntese de aminoácidos no corpo humano e de outros animais (mamíferos e não mamíferos) ocorre de maneira específica para tecidos e células; é um processo que requer energia e geralmente é separado entre diferentes órgãos.

O fígado é um dos principais órgãos envolvidos na síntese da maioria dos aminoácidos não essenciais, independentemente da espécie considerada.

Nele, não só a cisteína é sintetizada, mas também o aspartato, asparagina, glutamato e glutamina, glicina, serina, tirosina e outros a partir de seus precursores de aminoácidos específicos.

Em 1935, Erwin Brand determinou que a cisteína, nos mamíferos, é sintetizada naturalmente a partir da metionina, que ocorre exclusivamente no tecido hepático.

Esse processo pode ocorrer por meio de uma "transmetilação" da metionina, onde os grupos metil são transferidos para a colina e a creatina. No entanto, a cisteína também pode ser formada a partir da metionina graças à trans-sulfuração.

Posteriormente, foi demonstrado que, além da metionina, alguns compostos sintéticos, como N-acetilcisteína, cisteamina e cistamina, são precursores úteis para a síntese de cisteína.

No caso da N-acetilcisteína, ela é captada pelas células, onde é convertida em cisteína por uma enzima desacetilase no citosol.

Mecanismo de Síntese

O mecanismo de síntese mais conhecido da cisteína a partir da metionina é o da trans-sulfurização. Isso ocorre principalmente no fígado, mas também foi determinado no intestino e no pâncreas.

Isso ocorre a partir da homocisteína, um composto derivado do aminoácido metionina; e a primeira reação nesta via biossintética é uma condensação catalisada pela enzima cistationina β-sintase (CBS).

Essa enzima representa a etapa de "compromisso" da via e condensa uma homocisteína com um resíduo de serina, outro aminoácido proteico, que produz cistationina. Posteriormente, este composto é "cortado" ou "clivado" pela enzima cistationase, o que leva à liberação de cisteína.

A regulação da atividade enzimática do CBS é mediada pela disponibilidade de metionina e pelo estado redox da célula onde este processo ocorre.

Por meio da via de síntese da cisteína, as células podem lidar com o excesso de metionina, pois sua conversão em cisteína é um processo irreversível.

Síntese de cisteína em plantas e microrganismos

Nesses organismos, a cisteína é sintetizada principalmente a partir do enxofre inorgânico, que é a fonte mais abundante de enxofre utilizável na biosfera aeróbia.

Este é levado, entra nas células e é reduzido a enxofre (S2-), que é incorporado à cisteína de forma semelhante ao que ocorre com a amônia na síntese do glutamato ou da glutamina.

Metabolismo e degradação

O catabolismo da cisteína ocorre principalmente nas células do fígado (hepatócitos), embora também possa ocorrer em outros tipos de células, como neurônios, células endoteliais e células do músculo liso da vasculatura corporal.

Certos defeitos no catabolismo da cisteína produzem uma doença hereditária conhecida como “cistinúria”, caracterizada pela presença de cálculos de cistina nos rins, bexiga e ureter.

A cistina é um aminoácido derivado da cisteína e as pedras são formadas pela união de duas moléculas destas através de seus átomos de enxofre.

Parte do metabolismo da cisteína resulta na formação do ácido cientosulfínico, a partir do qual a taurina, um aminoácido não proteico, é formada. A reação é catalisada pela enzima cisteína dioxigenase.

Além disso, a cisteína pode ser oxidada pelo formaldeído para produzir N-formil cisteína, cujo processamento subsequente pode levar à formação de "mercapturato" (o produto da condensação de cisteínas com compostos aromáticos).

Em animais, a cisteína também é utilizada, assim como o glutamato e a glutamina, para a síntese de coenzima A, glutationa (GSH), piruvato, sulfato e sulfeto de hidrogênio.

Um dos métodos de conversão da cisteína em piruvato ocorre em duas etapas: a primeira envolve a remoção do átomo de enxofre e a segunda uma reação de transaminação.

Os rins são responsáveis ​​pela excreção de sulfatos e sulfitos derivados do metabolismo de compostos de enxofre, como a cisteína, enquanto os pulmões exalam dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio.

Glutationa

A glutationa, uma molécula composta por três resíduos de aminoácidos (glicina, glutamato e cisteína), é uma molécula que está presente em plantas, animais e bactérias.

Possui propriedades especiais que o tornam um excelente tampão redox, pois protege as células de diversos tipos de estresse oxidativo.

Alimentos ricos em cisteína

A cisteína é encontrada naturalmente em alimentos que contêm enxofre, como gemas (amarelas) de ovo, pimentão vermelho, alho, cebola, brócolis, couve-flor, couve e couve de Bruxelas, agrião e mostarda verde.

Também está presente principalmente em alimentos ricos em proteínas, como carnes, legumes e laticínios, entre os quais:

- Carne de vaca, porco, frango e peixe

- Aveia e lentilhas

- Sementes de girassol

- Iogurte e queijo

Benefícios da ingestão de cisteína

Considera-se que a sua ingestão previne a queda dos cabelos e estimula o seu crescimento. Na indústria de alimentos é amplamente utilizado como um melhorador de massa de pão e também para "reproduzir" sabores de carne.

Outros autores relataram que a ingestão de suplementos alimentares ou alimentos ricos em cisteína reduz as injúrias bioquímicas causadas pelo consumo excessivo de alimentos contaminados com elementos metálicos, pois participa de reações de “quelação”.

Alguns suplementos nutricionais relacionados à cisteína são usados ​​pelo homem como antioxidantes, o que é considerado benéfico do ponto de vista de "retardar" o envelhecimento.

A N-acetilcisteína (um precursor na síntese da cisteína), por exemplo, é considerada um suplemento nutricional, pois resulta no aumento da biossíntese da glutationa (GSH).

Doenças relacionadas

Existem algumas publicações científicas que relacionam altos níveis de cisteína plasmática com obesidade e outras patologias relacionadas, como doenças cardiovasculares e outras síndromes metabólicas.

A cistinúria, conforme mencionado acima, é uma patologia que está relacionada à presença de cálculos de cistina, um derivado da cisteína, devido a um defeito genético na reabsorção renal de aminoácidos dibásicos como a cistina.

Transtornos de deficiência

A deficiência de cisteína tem sido relacionada ao estresse oxidativo, por ser um dos principais precursores da síntese de glutationa. Portanto, as deficiências neste aminoácido podem levar ao envelhecimento prematuro e a todas as falhas que isso significa.

Foi comprovado experimentalmente que a suplementação de cisteína melhora as funções do músculo esquelético, diminui a proporção entre a massa corporal gorda e não gorda, diminui os níveis plasmáticos de citocinas inflamatórias, melhora as funções do sistema imunológico, etc.

Em meados da década de 1990, alguns estudos sugeriram que a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (AIDS) poderia ser a consequência de uma deficiência de cisteína induzida por vírus.

Essas alegações foram corroboradas pelo fato de que os pacientes HIV-positivos examinados apresentavam baixos níveis de cistina e cisteína plasmática, além de baixas concentrações intracelulares de glutationa.

Referências

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