Metionina (símbolo Met o M ) ( / m ɪ theta aɪ ə n i n / ) es un Aminoácido esencial en los seres humanos. Como sustrato para otros aminoácidos como la cisteína y la taurina, los compuestos versátiles como 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.
Está codificado por el codón AUG.
La metionina también es una parte importante de la angiogénesis, el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos. La suplementación puede beneficiar a quienes sufren de intoxicación por Cobre. 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.
La metionina fue aislada por primera vez en 1921 por John Howard Mueller.
Detalles bioquímicos
La metionina (abreviada como Met o M; codificada por el codón AUG) es un α- aminoácido que se usa en la biosíntesis de proteínas. Contiene un α-amino grupo (que se encuentra en la protonado -NH 3 forma en condiciones biológicas), un α- ácido carboxílico grupo (que se encuentra en la -COO desprotonada – forma en condiciones biológicas), y un S-metil tioéter cadena lateral, clasificarlo como un no polar, alifático aminoácido.
La metionina está codificada por el codón de iniciación, lo que significa que indica el inicio de la región de codificación y es el primer aminoácido producido en un polipéptido naciente durante la traducción de ARNm.
Un aminoácido proteinogénico
Junto con la cisteína, la metionina es uno de los dos aminoácidos proteinógenos que contienen azufre. Excluyendo las pocas excepciones en las que la metionina puede actuar como un sensor redox (p. Ej., ), los residuos de metionina no tienen un papel catalítico. Esto está en contraste con los residuos de cisteína, donde el grupo tiol tiene un papel catalítico en muchas proteínas.
Sin embargo, el tioéter 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.Esta falta de un papel importante se refleja en los experimentos en los que se observa poco efecto en las proteínas donde la metionina se reemplaza por norleucina, un aminoácido de cadena lateral de hidrocarburo lineal que carece de tioéter.
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 al hecho de que se usa en el cofactor S- adenosil metionina (SAM). Esta situación no es única y puede haber ocurrido con ornitina y arginina.
Codificación
La metionina es uno de los dos aminoácidos codificados por un solo 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 los metazoos y la levadura, el codón AUA también codifica la metionina.
En el código genético estándar, los códigos AUA para isoleucina y el ARNt respectivo ( ileX en Escherichia coli ) usan la base inusual lisidina (bacterias) o agmatina (arqueas) para discriminar contra AUG.
El codón de metionina AUG es también el codón de inicio más común. Un codón de «inicio» es un mensaje para un ribosoma que señala el inicio de la traducción de proteínas del ARNm cuando el codón AUG está en una secuencia consenso de Kozak. Como consecuencia, la metionina a menudo se incorpora a la posición N-terminal de las proteínas en eucariotas y arqueas durante la traducción, aunque puede eliminarse mediante modificación postraduccional.
En bacterias, el derivado N- formilmetionina se usa como el aminoácido inicial.
Derivados
S -adenosil-metionina
El derivado de metionina S- adenosil metionina (SAM) es un cofactor que sirve principalmente como donante de metilo. SAM se compone de una molécula de adenosilo (a través del carbono 5 ‘) unida al azufre de la metionina, por lo que es un catión sulfonio (es decir, tres sustituyentes y carga positiva).
El azufre actúa como un ácido de Lewis blando (es decir, donante / 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 B12 en humanos). ) Algunas enzimas usan SAM para iniciar una reacción radical;
Estos se llaman radicales SAMenzimas Como resultado de la transferencia del grupo metilo, se obtiene S-adenosil-homocisteína. En las bacterias, esto se regenera por metilación o se recupera eliminando la adenina y la homocisteína, dejando que el compuesto dihidroxipentandiona se convierta espontáneamente en autoinductor-, que se excreta como un producto de desecho / 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 del aspartato, junto con Treonina y Lisina (a través de diaminopimelato, pero no a través de α-aminoadipato ).
La estructura principal se deriva del ácido aspártico, mientras que el azufre puede provenir de la cisteína, el metanetiol o el sulfuro de hidrógeno.
Primero, el ácido aspártico se convierte a través de β-aspartil-semialdehído en homoserina mediante dos pasos de reducción del grupo carboxilo terminal (por lo tanto, la homoserina tiene un γ-hidroxilo, de ahí la homo- serie). El aspartato-semialdehído intermedio es el punto de ramificación con la vía biosintética de lisina, donde se condensa con piruvato.
La homoesina es el punto de ramificación con 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 las plantas).
La homoesina se activa luego con un grupo fosfato, succinilo o acetilo en el hidroxilo.
En plantas y posiblemente en algunas bacterias, se usa fosfato. Este paso se comparte con la biosíntesis de treonina.
En la mayoría de los organismos, se usa un grupo acetilo para activar la homoserina. Esto puede ser catalizado en bacterias por una enzima codificada por metX o metA (no homólogos).
En enterobacterias y un número limitado de otros organismos, se usa succinato. La enzima que cataliza la reacción es MetA y la especificidad para acetil-CoA y succinil-CoA está dictada por un único residente. La base fisiológica para la preferencia de acetil-CoA o succinil-CoA es desconocida, pero tales rutas alternativas están presentes en algunas otras vías ( por ejemplo, la biosíntesis de lisina y la biosíntesis de arginina).
El grupo activador de hidroxilo luego se reemplaza con cisteína, metanetiol o sulfuro de hidrógeno. Una reacción de reemplazo es técnicamente una eliminación de γ seguida de una variante de una adición de Michael. Todas las enzimas involucradas son homólogos y miembros de la familia de enzimas dependientes de PLP del metabolismo Cys / Met, que es un subconjunto del clado tipo I de pliegue dependiente de PLP.
Utilizan el cofactor PLP ( fosfato de Piridoxal ), que funciona estabilizando los intermedios de carbaniones.
Si reacciona con la cisteína, produce cistationina, que se escinde para producir homocisteína. Las enzimas involucradas 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 permitiendo que ocurran reacciones β o γ.
Si reacciona con sulfuro de hidrógeno libre, produce homocisteína. Esto es catalizado por O- acetilhomoserina aminocarboxipropiltransferasa (anteriormente conocida como O- acetilhomoserina (tiol)-liasa. Está codificada por metY o metZ en bacterias.
Si reacciona con metanetiol, produce metionina directamente. El metanetiol es un subproducto de la vía catabólica de ciertos compuestos, por lo tanto, esta ruta es más infrecuente.
Si se produce homocisteína, el grupo tiol se metila, produciendo metionina. Se conocen dos metionina sintasas; uno es dependiente de la cobalamina (vitamina B 12 ) y el otro es independiente.
La ruta que usa cisteína se llama » ruta de transsulfuración «, mientras que la ruta que usa sulfuro de hidrógeno (o metanetiol) se llama «ruta de sulfurilación directa».
La cisteína se produce de manera similar, es decir, puede estar hecha de una serina activada y de homocisteína («ruta de trans-sulfurilación inversa») o de sulfuro de hidrógeno («ruta de sulfurilación directa»); la serina activada es generalmente O -acetil-serina (a través de CysK o CysM en E. coli ), pero en Aeropyrum pernix y algunas otras arqueas se usa O -fosfoserina.
CysK y CysM son homólogos, pero pertenecen al clado PLP fold tipo III.
Vía de transulfurilación
Enzimas involucradas en la ruta de trans-sulfurilación de E. coli de la biosíntesis de metionina:
Aspartokinasa
Aspartato-semialdehído deshidrogenasa
Homoserina deshidrogenasa
Oomoserina O-transsuccinilasa
Cistationina-γ-sintasa
Cistationina-β-liasa
Metionina sintasa (en mamíferos, este paso lo realiza la homocisteína metiltransferasa o la betaína, homocisteína S-metiltransferasa ).
Otras vías bioquímicas
Aunque los mamíferos no pueden sintetizar la metionina, aún pueden usarla en una variedad de vías bioquímicas:
Catabolismo
La metionina se convierte en S-adenosilmetionina (SAM) por (1) metionina adenosiltransferasa.
SAM sirve como donante de metilo en muchas (2) reacciones de metiltransferasa y se convierte en S- adenosilhomocisteína (SAH).
3) La adenosilhomocisteinasa convierte SAH en homocisteína.
La homocisteína puede usarse para regenerar metionina o para formar cisteína.
Regeneración
La metionina puede regenerarse a partir de la homocisteína a través de (4) metionina sintasa en una reacción que requiere Vitamina B 12 como cofactor.
La homocisteína también puede ser remetilada usando glicina betaína (NNN-trimetilglicina, TMG) a metionina a través de la enzima betaína-homocisteína metiltransferasa (EC.1.1.5, BHMT). BHMT constituye hasta el 1.5% de todas las proteínas solubles del hígado, y la evidencia reciente sugiere que puede tener una mayor influencia en la Homeostasis de metionina y homocisteína que la metionina sintasa.
Vía de transulfurilación inversa: conversión a cisteína
La homocisteína se puede convertir en cisteína.
5) La cistationina-β-sintasa (una enzima que requiere la forma activa de Vitamina B6, fosfato de piridoxal ) combina homocisteína y serina para producir cistationina. En lugar de degradar la cistationina a través de la cistationina-β-liasa, como en la ruta biosintética, la cistationina se descompone en cisteína y α-cetobutirato a través de (6) cistationina-γ-liasa.
7) La enzima α-cetoácido deshidrogenasa convierte el α-cetobutirato en propionil-CoA, que se metaboliza en succinil-CoA en un proceso de tres pasos (ver 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 el ciclo Yang o el ciclo de metionina.
Síntesis química
La síntesis industrial combina acroleína, metanetiol y cianuro, lo que proporciona la hidantoína. La metionina racémica también se puede sintetizar a partir de ftalimidomalonato de dietil sodio por alquilación con cloroetilmetilsulfuro (ClCH 2 CH 2 SCH 3 ) seguido de hidrólisis y descarboxilación.
nutrición humana
Requisitos
La Junta de alimentos y Nutrición del Instituto de Medicina de EE. UU. Estableció las Dietas recomendadas (RDA) para Aminoácidos esenciales en 2002. Para la metionina combinada con cisteína, para adultos de 19 años y mayores, 19 mg / kg de peso corporal / día.
Fuentes dietéticas
Se pueden encontrar altos niveles 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 las frutas y verduras contienen muy poco. La mayoría de las legumbres, aunque densas en proteínas, son bajas en metionina.
Las proteínas sin metionina adecuada no se consideran proteínas completas. Por esa razón, la metionina racémica a veces se agrega como ingrediente a los alimentos para mascotas.
Restricción
Alguna evidencia científica indica que restringir el consumo de metionina puede aumentar la esperanza de vida en las moscas de la fruta.
Un estudio de 2005 mostró que la restricción de metionina sin restricción de Energía prolonga la vida útil del ratón. Esta extensión requiere señalización de hormona de crecimiento intacta, ya que los animales sin señalización de hormona de crecimiento intacta no tienen un aumento adicional en la esperanza de vida cuando la metionina está restringida.
La respuesta metabólica a la restricción de metionina también se altera en mutantes de señalización de la hormona del crecimiento del ratón.
Un estudio publicado en Nature mostró que agregar solo el aminoácido esencial metionina a la Dieta de las moscas de la fruta bajo restricción dietética, incluida la restricción de aminoácidos esenciales (EAA), restableció la fertilidad sin reducir los períodos de vida más largos que son típicos de la restricción dietética, lo que llevó a los investigadores para determinar que la metionina «actúa en combinación con uno o más otros EAA para acortar la vida útil».
Restaurar la metionina a la dieta de ratones en un régimen de restricción dietética bloquea muchos beneficios agudos de la restricción dietética, un proceso que puede estar mediado por una mayor producción de sulfuro de hidrógeno.
Varios estudios mostraron que la restricción de metionina también inhibe los procesos de enfermedades relacionadas con el envejecimiento en ratones e inhibe la carcinogénesis de colon en ratas. En los humanos, la restricción de metionina a través de la modificación de la dieta podría lograrse a través de una dieta basada en plantas.
Un estudio de 2009 en ratas mostró que «la suplementación con metionina en la dieta aumenta específicamente la producción de ROS mitocondriales y el daño oxidativo del ADN mitocondrial en las mitocondrias de hígado de rata que ofrece un mecanismo plausible para su hepatotoxicidad «.
Sin embargo, dado que la metionina es un aminoácido esencial, no se puede eliminar por completo de la dieta de los animales sin que se produzca enfermedad o muerte con el tiempo. Por ejemplo, las ratas alimentadas con una dieta sin metionina y colina desarrollaron esteatohepatitis (hígado graso) y anemia, y perdieron dos tercios de su peso corporal durante 5 semanas.
La administración de metionina mejoró las consecuencias patológicas de la privación de metionina. La eliminación a corto plazo de solo metionina de la dieta puede revertir la obesidad inducida por la dieta y promueve la sensibilidad a la insulina en ratones, y la restricción de metionina también protege un modelo de obesidad poligénica y espontánea en ratones.
Salud
La pérdida de metionina se ha relacionado con el envejecimiento del cabello. Su falta conduce a una acumulación de peróxido de hidrógeno en los folículos capilares, una reducción en la efectividad de la tirosinasa y una pérdida gradual del color del cabello. La metionina aumenta la concentración intracelular de GSH, 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 mediante la unión de metabolitos oxidativos.
La metionina es un intermediario en la biosíntesis de cisteína, carnitina, taurina, lecitina, fosfatidilcolina y otros fosfolípidos. La conversión inadecuada de metionina puede provocar aterosclerosis debido a la acumulación de homocisteína.
La metionina también podría ser esencial para revertir la metilación perjudicial de los receptores de glucocorticoides causada por exposiciones repetidas al estrés, con implicaciones para la depresión.
Otros usos
DL- Metionina a veces se administra como un suplemento para perros; Ayuda a reducir las posibilidades de 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 urinaria por el uso de metionina puede reducir su eficacia.
Si un perro sigue una dieta que acidifica la orina, no se debe usar metionina.
La metionina está permitida como un suplemento para la alimentación orgánica de aves de corral bajo el programa orgánico certificado de EE. UU.
La metionina se puede usar como una opción de pesticida no tóxica contra las orugas gigantes de cola de golondrina, que son una plaga grave para los cultivos de naranjas.