Aminoácidos

Los aminoácidos son los componentes básicos de polipéptidos y proteínas y desempeñan funciones importantes en la vía metabólica, la expresión génica y la regulación de la transducción de señales celulares . Una sola molécula de aminoácido orgánico contiene dos grupos funcionales, amina y carboxilo, y una cadena lateral única. Los seres humanos necesitan veinte aminoácidos diferentes; once se sintetizan en el cuerpo y nueve se obtienen de fuentes dietéticas.

Aminoácidos
Aminoácidos

Beneficios de los aminoácidos

Los beneficios de los aminoácidos son fáciles de enumerar porque, sin aminoácidos, no podemos existir. Cada característica anatómica y fisiológica de un organismo vivo es posible gracias a la existencia de aminoácidos. La síntesis de aminoácidos nutricionalmente no esenciales en el cuerpo humano (alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutámico , glutamina, glicina, prolina, serina y tirosina) se produce mediante la construcción de novo de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, estudios recientes muestran que aún podemos beneficiarnos de la ingestión de aminoácidos no esenciales para promover una salud y un bienestar óptimos.Solo cuando las cantidades de aminoácidos esenciales y glucosa son suficientes y están disponibles, puede aumentar la tasa de síntesis de aminoácidos no esenciales . Por lo tanto, es importante consumir ambos tipos de aminoácidos en la dieta para beneficiarse de sus muchos efectos positivos, si no absolutamente esenciales.

Fuentes dietéticas de aminoácidos

Beneficios de los aminoácidos esenciales

Los nueve aminoácidos esenciales son histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Estos aminoácidos no se pueden producir en el cuerpo, pero son fundamentales para una asombrosa variedad de funciones fisiológicas.

La histidina es un precursor de varias hormonas y metabolitos importantes para la función renal, la secreción gástrica, el sistema inmunológico y la neurotransmisión. Ayuda a producir glóbulos rojos y hemoglobina. Además, la histidina cataliza la acción de una gran cantidad de enzimas y ayuda en los procesos antiinflamatorios y antioxidantes. La deficiencia de histidina conduce a anemia, disfunción renal, estrés oxidativo y trastornos inflamatorios.

La isoleucina es uno de los tres aminoácidos de cadena ramificada (BCAA). Ayuda a aumentar la tasa de síntesis de proteínas y promueve la formación de tejido muscular. Además, se sabe que la isoleucina mejora el consumo de glucosa, el desarrollo intestinal y la función inmunológica, aunque muchos estudios han analizado los BCAA como un todo en lugar de un solo aminoácido. Esto significa que la leucina y la valina, ambos también aminoácidos esenciales, pueden compartir estos beneficios.

La lisina tiene un papel importante que desempeñar en la división y el crecimiento celular, ya que es un componente importante de los factores de crecimiento. La cicatrización acelerada de heridas utilizando solutos a base de lisina conduce a una menor formación de tejido cicatricial, mientras que los sitios que reciben poco oxígeno y nutrientes que se inyectan directamente con factores de crecimiento se benefician de la angiogénesis o el desarrollo de nuevos vasos sanguíneos alrededor del sitio de inyección. Además, la lisina contribuye al metabolismo de las grasas. La deficiencia de lisina puede provocar anemia, alteración del metabolismo de los ácidos grasos, cicatrización lenta de heridas, disminución de la masa muscular y producción de tejidos conectivos defectuosos; sin embargo, los niveles altos pueden crear alteraciones neurológicas.

La metionina contiene el elemento azufre que es esencial para la salud del cartílago y el hígado y mejora la estructura del cabello y la fuerza de las uñas. Los trastornos metabólicos raros pueden evitar que el cuerpo use metionina que, a largo plazo, puede provocar un daño hepático severo a través del daño oxidativo.

La fenilalanina es un precursor de la tirosina hidroxilasa, una enzima que acelera la síntesis de catecolaminas y por tanto afecta el estado de ánimo. La fenilalanina también es necesaria para la señalización de la disponibilidad de glucosa y la secreción de glucagón e insulina. Desempeña un papel adicional en la oxidación de grasas. La falta de fenilalanina se asocia con confusión, falta de energía, pérdida de memoria y depresión. Las dosis de más de 5,000 mg por día son tóxicas y pueden causar daño a los nervios.

La disponibilidad de treonina aumenta la absorción de otros aminoácidos como la fenilalanina, pero también contribuye al equilibrio de neurotransmisores en el cerebro, la producción de tejido muscular y la función del sistema inmunológico. Se ha descubierto que los bebés alimentados por madres que toman suplementos de treonina tenían niveles más altos de glicina cerebral con el consiguiente riesgo de disfunción de los neurotransmisores. Al igual que con muchos aminoácidos, los niveles correctos de suplementación aún no son una entidad fija y aún se necesita hacer mucha más investigación.

El triptófano es una molécula precursora de la niacina (vitamina B 3 ), la melatonina y la serotonina y, por tanto, esencial para el sueño y el estado de ánimo. Como ocurre con todos los aminoácidos, el codón de triptófano es un componente básico de las cadenas polipeptídicas y las proteínas. La falta de triptófano a menudo se experimenta como una incapacidad para dormir y un estado de ánimo depresivo.

El triptófano afecta la calidad del sueño
El triptófano afecta la calidad del sueño

Beneficios de los aminoácidos no esenciales

Los beneficios de los aminoácidos no esenciales producidos por el organismo (de novo) son igualmente tan amplios como los del grupo esencial. Si bien estos aminoácidos se producen desde cero, las fuentes dietéticas pueden aumentar la disponibilidad y, por lo tanto, proporcionar un efecto más confiable y consistente .

Las moléculas de alanina y glutamina se sintetizan en el músculo esquelético utilizando fuentes de piruvato y se liberan para aumentar el suministro de energía. Ambos son importantes para un sistema nervioso sano y la alanina es necesaria para la síntesis de triptófano. Los niveles más altos de alanina protegen el sistema cardiovascular, mientras que los niveles bajos de glutamina aumentan la mortalidad en pacientes críticos y contribuyen a una pérdida significativa de masa muscular. También se sabe que la glutamina es una fuente importante de energía para las células tumorales, solo superada por la glucosa.

La arginina se clasifica como un aminoácido condicionalmente esencial en los recién nacidos y un aminoácido no esencial en el resto de la población humana . La arginina es uno de los ingredientes más comunes de polipéptidos y proteínas y ayuda a garantizar un sistema inmunológico saludable a través del aumento de la producción de células T. Ayuda a liberar insulina y hormonas de crecimiento humano, neutraliza el amoníaco en el hígado y mejora la calidad y curación de la piel y el tejido conectivo . También se encuentra en el líquido seminal.

La asparagina juega un papel importante en la síntesis de glicoproteínas y la salud del hígado. Los niveles bajos atenúan la sensación de fatiga y significa que este aminoácido a menudo se etiqueta como estimulante. Sin embargo, su contribución a la señalización y el desarrollo del sistema nervioso central es tan importante como su capacidad para aumentar los niveles de energía.

El ácido aspártico actúa dentro de los ciclos del ácido cítrico y la urea y es un precursor de otros aminoácidos. Además, también es un neurotransmisor excitador del tronco encefálico y de la médula espinal que aumenta las posibilidades de una despolarización exitosa de la membrana postsináptica. Su socio inhibidor es el aminoácido glicina. Ambos aminoácidos no esenciales deben estar en equilibrio para que sean beneficiosos para el sistema nervioso central . La glicina es el aminoácido más simple y su acción calmante mejora el sueño y reduce los comportamientos de búsqueda de recompensas. Puede sintetizarse mediante la degradación del colágeno y es el ingrediente principal del colágeno.

Cisteína, el segundo y último aminoácido que contiene azufre que agrega un grupo tiol (-SH) a los grupos carboxilo y amino. La cisteína se sintetiza a partir de la metionina, el otro aminoácido esencial que contiene azufre, mediante transmetilación para producir homocisteína y luego mediante transulfuración para producir cisteína. La cisteína se utiliza para la síntesis de proteínas, la síntesis de coenzima A y la producción de glutatión (un antioxidante) y sulfuro de hidrógeno. Es un precursor del piruvato y la taurina.

El ácido glutámico es mejor conocido por su papel como precursor del ácido gamma-aminobutírico (GABA) donde se produce una acción inhibidora, aunque el ácido glutámico en sí mismo actúa como un neurotransmisor excitador en todo el sistema nervioso central. Este es un aminoácido dietético extremadamente común que también puede reducir los niveles de presión arterial. El glutamato a veces se agrega como un duodécimo aminoácido no esencial, pero es un derivado del ácido glutámico.

La prolina puede sintetizarse a partir de glutamina o derivarse de la degradación del colágeno y ofrece una fuente de energía cuando el cuerpo está bajo estrés. La producción de prolina solo puede ocurrir con éxito en presencia de la enzima prolil hidroxilasa y los factores pro oxígeno, hierro y vitamina C. La prolina también es crucial para la síntesis de colágeno. De hecho, el colágeno requiere la presencia de dieciocho aminoácidos diferentes en cantidades variables.

La serina es necesaria para la transferencia de grupos metilo dentro del cuerpo y, por lo tanto, necesaria para la producción de sustancias como creatina, epinefrina, ADN y ARN. También se ha asociado con el crecimiento de células de cáncer de mama. En otra forma, D-serina, juega un papel neuromodulador. Además, sin serina, no sería posible formar glicina, cisteína, taurina y fosfolípidos.

La tirosina se ha publicitado mucho como suplemento cognitivo, ya que es un precursor de las catecolaminas dopamina y noradrenalina, así como de tiroxina y melanina. Sin embargo, sus efectos sobre la población en general no han sido probados y los resultados tienden a ocurrir en unos y no en otros. Por tanto, la acción de la tirosina debe depender de la disponibilidad o ausencia de otros productos químicos. Como ocurre con todos los aminoácidos, la tirosina también es un componente importante en la síntesis de polipéptidos y proteínas.

Estructura de los aminoácidos

La estructura de los aminoácidos se encuentra entre las estructuras más simples de reconocer, ya que cada molécula orgánica presenta un grupo amino funcional alcalino (o básico) (―NH2), un grupo carboxilo funcional ácido (―COOH) y una cadena lateral orgánica (cadena R) única a cada aminoácido. De hecho, el nombre de este grupo es una encapsulación de los ingredientes centrales: alfa-amino [α-amino] y ácido carboxílico.

Todos los aminoácidos contienen un solo átomo de carbono central. Los grupos funcionales amino y carboxilo están unidos a este átomo de carbono central, a menudo denominado carbono α. Esto deja libres dos de los cuatro enlaces de carbono. Uno se unirá a uno de los abundantes átomos de hidrógeno que se encuentran en las proximidades, el otro se unirá a una cadena lateral orgánica o grupo R. Los grupos R poseen una variedad de formas, tamaños, cargas y reacciones que permiten agrupar los aminoácidos según las propiedades químicas producidas por sus cadenas laterales. Estas cadenas laterales se pueden estudiar claramente en la imagen de abajo.

Tabla de aminoácidos
Tabla de código genético y aminoácidos

Aminoácidos alifáticos

Los aminoácidos alifáticos son no polares e hidrófobos. A medida que aumenta el número de átomos de carbono en la cadena lateral, aumenta la hidrofobicidad. Los aminoácidos alifáticos son alanina, glicina, isoleucina, leucina, prolina y valina; aunque la glicina tiene tan pocos átomos de carbono, no es ni hidrófila ni hidrófoba. La metionina a veces se denomina miembro honorario del grupo alifático. Su cadena lateral contiene un átomo de azufre en lugar de átomos de carbono e hidrógeno pero, al igual que el grupo alifático, no reacciona fuertemente en presencia de otras moléculas, ya que los aminoácidos alifáticos no tienen una carga positiva o negativa, sino una distribución de carga igual en toda la molécula.

Aminoácidos aromáticos

Los aminoácidos aromáticos incluyen fenilalanina, tirosina y triptófano y tienen poca o ninguna carga. Estas moléculas varían entre hidrofóbicas (fenilalanina y triptófano) y no hidrofóbicas (tirosina).

Estructura de fenilalanina
Estructura de fenilalanina

La palabra aromático se refiere a la unión de un anillo aromático altamente estable que no reacciona fácilmente con otros compuestos o elementos. También conocidos como compuestos de arilo, los compuestos aromáticos abundan en el cuerpo humano. Cada nucleótido de nuestro ADN y ARN consta de moléculas aromáticas.

La histidina a veces se incluye incorrectamente dentro del grupo aromático. Sus grupos amino pueden ser de tipo aromático pero son reactivos con una carga positiva débil y características hidrofílicas.

Aminoácidos básicos

Si bien su nombre indica que todos los aminoácidos tienen propiedades ácidas, algunos tienen cadenas laterales básicas (alcalinas) que contienen nitrógeno. Estas cadenas R básicas se unen a los protones disponibles (moléculas de hidrógeno) y obtienen así una carga positiva. Los aminoácidos de este grupo son todos hidrófilos.

Los tres aminoácidos básicos son arginina, lisina e histidina. La arginina tiene la carga positiva más fuerte de todos los aminoácidos debido a los tres grupos de nitrógeno que son esenciales para su capacidad para sintetizar proteínas y catalizar la función enzimática. La lisina también tiene una carga positiva fuerte, mientras que la histidina tiene una carga positiva muy débil debido a su falta de nitrógeno en el grupo amino.

Aminoácidos ácidos

Los aminoácidos ácidos están compuestos de ácido aspártico y ácido glutámico. Naturalmente, estos son fáciles de identificar debido a la palabra “ácido” en el nombre del compuesto, aunque a veces estos dos aminoácidos se denominan aspartato y glutamato, lo que puede resultar confuso. En lugar de grupos de nitrógeno, los aminoácidos ácidos presentan grupos de ácido carboxílico como cadenas laterales. Como ácidos, pueden perder protones en reacciones con otros compuestos o elementos y, por lo tanto, se cargan negativamente. Los aminoácidos ácidos son hidrofílicos

Aminoácidos hidroxílicos

Otro pequeño grupo que presenta solo dos aminoácidos es el de los aminoácidos hidroxílicos representados por la serina y la treonina. Estas moléculas polares e hidrófilas sin carga tienen un grupo hidroxilo como cadena R.

Aminoácidos que contienen azufre

Solo la cisteína y la metionina contienen átomos de azufre y son, por tanto, los únicos miembros de este grupo. La cisteína puede unirse con la cisteína a través de un puente disulfuro para formar un dímero oxidado llamado cisteína que se encuentra en grandes cantidades en el tejido conectivo, el cabello y las uñas de los dedos de las manos y los pies.

En los aminoácidos que contienen azufre, la cadena lateral está compuesta por un grupo tiol (-SH). Cuando observe la letra S en una estructura química de aminoácidos, puede estar seguro de que es cisteína o metionina. La cisteína es la más pequeña de las dos moléculas y es esencialmente una molécula de alanina con un grupo tiol adicional. La metionina contiene un éter de tiol con dos grupos laterales a cada lado del átomo de azufre que la hace extremadamente hidrófoba.

Estructura de metionina
Estructura de metionina

Aminoácidos amídicos

La cadena lateral de los aminoácidos amídicos presenta un grupo amida (-CONH 2 ) y no debe confundirse con el grupo lateral amina de los aminoácidos lisina, arginina e histidina.

La amida formada a partir del ácido glutámico se llama glutamina y la amida formada a partir del ácido aspártico se llama asparagina. Por lo tanto, es fácil comprender por qué los aminoácidos amídicos solo pueden realizar su trabajo en presencia de suficiente ácido glutámico y ácido aspártico.

La asparagina es una amida de ácido aspártico sin carga muy hidrófila que no reacciona con otras moléculas. De manera similar, la glutamina no tiene carga y es hidrófila y es una amida del ácido glutámico.

Proteínas y Aminoácidos

Las proteínas y los aminoácidos son, en esencia, una relación dependiente. Los aminoácidos son monómeros, moléculas que se unen a otras moléculas para formar polímeros. En el caso de los aminoácidos, se unen para producir oligopéptidos de no más de veinte aminoácidos o cadenas polipeptídicas más largas que luego pueden plegarse para formar proteínas. Las secuencias de aminoácidos se basan en una sección original de código genético extraído del ADN.

La síntesis de proteínas ocurre dentro de la célula, donde las secciones del código genético se copian dentro del núcleo celular y se transportan a través del ARN mensajero al citoplasma celular. El ARN mensajero ( ARNm ) se copia una vez que se ha fijado entre las partes grandes y pequeñas de un ribosoma. Esto es posible mediante la acción del ARN de transferencia.

El ARN de transferencia ( ARNt ) se une a un aminoácido. Una cadena de ARNm presenta decenas a cientos de codones, cada uno de los cuales presenta un grupo de tres nucleótidos que componen el código de un solo aminoácido. Cuando el ARN de transferencia reconoce un codón, deposita su aminoácido adjunto dentro del ribosoma, donde se une al aminoácido anterior para formar una cadena.

Secuencias de codones de aminoácidos
Secuencias de codones de aminoácidos

En el cuadro anterior, cada uno de los aminoácidos no esenciales está codificado por varios codones. Por ejemplo, el código que le dice al ARNt que traiga serina tiene seis formas diferentes: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU y AGC.

Varios ARNt traen sus entregas de aminoácidos a su vez y de acuerdo con cada codón que aparece en la cadena de ARN mensajero. El resultado es un oligopéptido en crecimiento o una cadena polipeptídica construida de acuerdo con una secuencia de aminoácidos específica que coincide con las instrucciones del código copiado del ADN nuclear. Una vez completa, la cadena se libera del ribosoma y madura en un péptido o proteína funcional, de acuerdo con su longitud y forma.

Las estructuras proteicas pueden ser primarias, secundarias, terciarias o cuaternarias según el nivel de plegamiento que se produzca. La estructura primaria consiste simplemente en enlaces peptídicos producidos entre las dos partes del ribosoma. Luego tenemos la estructura secundaria que se refiere a los enlaces de hidrógeno que producen secciones de espirales que condensan la estructura de la cadena original. La estructura terciaria agrega puentes salinos, más puentes de hidrógeno y enlaces disulfuro para crear un paquete aún más condensado. Finalmente, la estructura cuaternaria involucra dos o más cadenas polipeptídicas que operarán como una sola unidad o multímero. Estas cuatro estructuras están simplemente representadas en la siguiente imagen.

Las 4 estructuras proteicas
Las 4 estructuras proteicas

Funciones de los aminoácidos

Los aminoácidos funcionan de muchas formas. Los últimos años han demostrado que los aminoácidos no solo son bloques de construcción y moléculas de señalización celular, sino también reguladores de la cascada de fosforilación de proteínas y expresión génica. También sabemos que son precursores de hormonas y sustancias nitrogenadas y tienen una importancia biológica sin precedentes. Además, algunos aminoácidos regulan las vías metabólicas clave necesarias para el mantenimiento, el crecimiento, la reproducción y la inmunidad. Aun así, los niveles elevados de aminoácidos y los resultados de su síntesis en forma de amoniaco y homocisteína pueden provocar trastornos neurológicos, estrés oxidativo y enfermedades cardiovasculares.

Todavía estamos en la infancia de la investigación de aminoácidos y su gama completa de funciones aún se desconoce en gran medida, al igual que la capacidad de los aminoácidos para trabajar como un grupo o dentro de un sistema completo. Un equilibrio óptimo de aminoácidos en la dieta es crucial pero, en general, no se comprende lo suficiente y, por lo tanto, es imposible publicar pautas sólidas. Los suplementos dietéticos de aminoácidos funcionales arginina, cisteína, glutamina, leucina, prolina y triptófano han demostrado ser beneficiosos para una variedad de trastornos relacionados con la salud durante todas las etapas de la vida, desde poblaciones fetales hasta geriátricas, disfunción intestinal, obesidad, diabetes, enfermedades cardiovasculares, trastornos metabólicos e infertilidad. Además, los entusiastas del deporte y los atletas consumen aminoácidos para aumentar la masa muscular y reducir la acumulación de grasa.

Ejemplos de aminoácidos

Se pueden encontrar ejemplos de aminoácidos a lo largo de este artículo. Puede ser más interesante mirar uno de los principales suplementos de aminoácidos actuales en el mercado y discutir sus efectos positivos y adversos.

Uno de los suplementos de aminoácidos más populares es una mezcla de aminoácidos de cadena ramificada (BCAA), a saber, leucina, isoleucina y valina. Se dice que los BCAA estimulan la síntesis de proteínas musculares en más de un 30%. Esto simplemente no es posible. La primera razón de esto es que debe haber cierto grado de degradación muscular para liberar los aminoácidos esenciales; la tasa de producción de tejido muscular nuevo depende de la tasa de degradación de las células musculares viejas. En segundo lugar, las fuentes dietéticas más altas de un grupo limitado de aminoácidos no funcionarán a un nivel alto cuando los niveles de otros aminoácidos permanezcan normales o bajos. 

Como la investigación aún tiene un largo camino por recorrer, cualquier consejo nutricional sobre la ingesta de aminoácidos debe tomarse al pie de la letra. De hecho, los aminoácidos de cadena ramificada están vinculados a la síntesis del tejido muscular, pero cada aminoácido, esencial y no esencial, está vinculado de alguna manera a la misma función. Aunque la proteína muscular se encuentra en un estado de renovación constante, los valores y las proporciones de los aminoácidos disponibles pueden no siempre ser óptimos. Además, todos los aminoácidos compiten por las mismas moléculas portadoras. 

Los BCAA utilizan el mismo sistema portador que transporta los aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina y triptófano. Por lo tanto, el rendimiento del suplemento también se limita a la disponibilidad de transporte; La saturación del suplemento puede evitar que otros aminoácidos importantes que se encuentran en niveles normales alcancen su objetivo. Los altos niveles de BCAA compiten con las moléculas portadoras por los aminoácidos aromáticos que son importantes para la síntesis de neurotransmisores. El resultado puede afectar el estado de ánimo.

BCAA: suplemento popular para el desarrollo muscular
BCAA: suplemento popular para el desarrollo muscular

Se cree que los BCAA juegan un papel importante en las vías de señalización intracelular implicadas en la síntesis de proteínas. Esto se ha demostrado de muchas formas, pero se concentra en una ventana pequeña. Lo que se sabe es que los suplementos de BCAA alivian los síntomas asociados con la cirrosis hepática y la insuficiencia renal crónica. Otras afirmaciones aún no se han probado satisfactoriamente.

También se debe considerar el hecho de que los diabéticos y los obesos tienen niveles naturalmente altos de BCAA y niveles bajos de alanina. Los atletas pueden estar interesados ​​en escuchar que los niveles de amoníaco en sangre mejorados están presentes después de la administración de BCAA durante el ejercicio, lo que sugiere que la suplementación puede, en última instancia, tener un efecto negativo sobre el rendimiento muscular. Se ha encontrado otro efecto preocupante en pacientes con cáncer donde los BCAA alimentan el crecimiento del cáncer y los tumores los utilizan como fuente de energía.

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