Aminoácidos biogénicos no proteicos: ¿qué funciones pueden desempeñar?

Los aminoácidos, o aminoácidos, son compuestos químicos orgánicos que contienen un grupo básico (amina) y un grupo ácido (casi siempre un grupo carboxilo, -COOH). Podemos dividir los aminoácidos en sintéticos y naturales – aminoácidos biogénicos, que a su vez se dividen en aminoácidos proteicos y no proteicos. Como su nombre indica, los aminoácidos proteicos están incluidos en las proteínas del cuerpo humano, mientras que los aminoácidos no proteicos tienen otras funciones. Veamos con más detalle cómo se dividen los aminoácidos, cuáles son los aminoácidos proteicos y no proteicos básicos y cuáles son sus usos.

Propiedades de los aminoácidos

Como ya se ha mencionado, todos los aminoácidos se dividen en aminoácidos proteicos y no proteicos. Los primeros tienen la capacidad de formar enlaces peptídicos, formando estructuras proteicas. Se presentan en forma de α-aminoácidos. En condiciones de pH fisiológico, los aminoácidos se encuentran mayoritariamente en forma de ión hermafrodita.

Los aminoácidos no proteicos no tienen la capacidad de formar proteínas, pero también pueden encontrarse en ellas. No las forman directamente, pero pueden incorporarse a ellas mediante modificaciones postraduccionales. Esto se aplica a unos 140 aminoácidos no proteicos. Los aminoácidos así añadidos desempeñan papeles importantes en la proteína, por ejemplo, determinan su localización en la célula, le confieren la capacidad de unirse a la membrana fosfolipídica o a los cationes de calcio, así como otras propiedades diversas que determinan la función de la proteína.

Sin embargo, los aminoácidos no proteicos pueden desempeñar distintas funciones sin formar parte de proteínas. Es el caso del ácido GABA, que actúa como neurotransmisor. También pueden desempeñar funciones intermedias en los ciclos metabólicos de los aminoácidos estándar; un ejemplo es la citrulina, que participa en el ciclo de la urea.

Descomposición de los aminoácidos

Existen varios cientos de aminoácidos. De ellos, sólo 20-23 son aminoácidos proteicos básicos. Todos los aminoácidos proteicos son: alanina, cisteína, ácido aspártico y glutámico, fenilalanina, glicina, histidina, isoleucina, lisina, leucina, metionina, asparagina, prolina, glutamina, arginina, serina, treonina, valina, triptófano y tirosina. También se mencionan con frecuencia la selenocisteína y la pirolisina.

Los aminoácidos proteicos pueden dividirse en función de: la polaridad de su cadena lateral, su naturaleza química, el producto final de su descomposición o si es posible sintetizarlos en el cuerpo humano (aminoácidos endógenos) o si es necesario suministrar estos aminoácidos desde el exterior (aminoácidos exógenos).

Esta división se refiere a los aminoácidos estándar formados por traducción. Se trata de los aminoácidos primarios, es decir, los que contienen un grupo amino primario (-NH2). Los aminoácidos secundarios y terciarios se forman mediante modificaciones postraduccionales. Contienen un grupo amino secundario (-NHR) o terciario (-NR3+), respectivamente.

Aminoácidos no proteicos importantes

Los aminoácidos no proteicos se encuentran en los seres humanos, en otros animales, así como en plantas y microorganismos. Entre los aminoácidos no proteicos importantes para el ser humano se incluyen:

• Carnitina – interviene en el transporte de ácidos grasos en la célula, principalmente en el músculo;
• GABA (ácido gamma-aminobutírico) – es un neurotransmisor con efectos inhibidores;
• levotiroxina – es una hormona esencial producida por la glándula tiroides;
• hidroxiprolina (Hyp) – es el principal componente del colágeno, determinando su resistencia mecánica;
• hidroxilisina (Hyl) – se encuentra en las proteínas que componen el tejido conjuntivo, como el colágeno;
• cistina – interviene en la estabilización de la estructura de las proteínas participando en la formación de puentes disulfuro;
• selenometionina (SeMet) – se encuentra en las nueces de Brasil, los granos de cereales, la soja y las legumbres; es una fuente humana de selenio;
• citrulina – es un derivado de la ornitina, junto con la ornitina interviene en el ciclo de la urea; junto con el ácido málico puede estimular la producción de energía aeróbica por los músculos durante el ejercicio;
• beta-alanina – es un componente de compuestos biológicamente activos en el cuerpo humano: carnosina, ácido pantoténico, balenina y anserina (antioxidante);
• sarcosina – se encuentra en los músculos de los mamíferos y en los antibióticos (por ejemplo, la actinomicina).

En las plantas, hay muchos aminoácidos no proteicos que son importantes para ellas, por ejemplo, intervienen en los mecanismos de protección contra los herbívoros (los llamados antifídicos), como la canavanina o la mimosina. La beta-alanina también se encuentra en plantas y microorganismos: se utiliza para sintetizar ácido pantoténico (vitamina B5), que es un componente de la coenzima A que desempeña un papel clave en el metabolismo. Algunos aminoácidos no proteicos producidos por bacterias son antibióticos, como la cicloserina.

Aplicaciones de los aminoácidos no proteicos

Los aminoácidos se utilizan ampliamente como suplementos dietéticos o ingredientes de piensos, pero no son los únicos ámbitos en los que se emplean.

Medicamentos y suplementos dietéticos

Aminoácidos como:

• GABA – sus efectos pueden potenciarse con el uso de fármacos como las benzodiacepinas o los barbitúricos, consiguiendo así efectos sedantes, inductores del sueño, relajantes musculares y anticonvulsivantes;
• Levotiroxina: la L-tiroxina sintética se utiliza en pacientes con hipotiroidismo;
• L-DOPA (L-dihidroxifenalanina) – se utiliza en fármacos para la enfermedad de Parkinson;
• eflornitina – utilizada en el tratamiento del coma africano y el hirsutismo;
• cicloserina – utilizada como antibiótico contra la tuberculosis;
• penicilamina – sus propiedades quelantes se utilizan en el envenenamiento por metales pesados, además se utiliza en enfermedades sistémicas del tejido conectivo (por ejemplo, artritis reumatoide), enfermedad de Wilson y cistinuria.

Los suplementos, por su parte, son aminoácidos no proteicos como:

• selenometionina: se presenta en forma de suplemento que proporciona selenio en una forma orgánica bien absorbida;
• 5-HTP (5-hidroxitriptófano) – se encuentra en suplementos para ayudar a las personas con depresión;
• beta-alanina – es un componente de la carnosina que se encuentra en los músculos, que reduce los cambios de pH creados por la producción de ácido láctico en los músculos durante el ejercicio; la beta-alanina como ingrediente en nutrientes y creatina para atletas reduce la fatiga física y aumenta el potencial de ejercicio;
• taurina – se compone de metionina y cisteína, tiene un efecto positivo sobre la función visual y el hígado, la pérdida de grasa, reduce la presión arterial y aumenta los niveles de energía.

Nutrición animal y agricultura

Los aminoácidos pueden añadirse a piensos que no contienen todos los aminoácidos esenciales. Los piensos de origen vegetal, como la soja, pueden contener cantidades insuficientes de lisina, metionina, treonina o triptófano, que es necesario suplementar. La adición de aminoácidos también puede utilizarse para quelar cationes metálicos con el fin de mejorar la absorción de minerales procedentes de los suplementos alimenticios. Del mismo modo, la adición de aminoácidos a los fertilizantes puede utilizarse para facilitar el suministro de minerales a las plantas y prevenir las carencias minerales.

Industria alimentaria

En la industria alimentaria, los aminoácidos se utilizan principalmente como potenciadores del sabor y como sustancias añadidas para prevenir deficiencias minerales o mejorar la absorción de minerales. Esto es especialmente importante en el caso de los alimentos funcionales y los destinados a grupos específicos, como los deportistas o las personas desnutridas. La aspartilfenilalanina también se utiliza en la producción del edulcorante artificial aspartamo. La taurina, por su parte, se utiliza como aditivo en bebidas energéticas.

Nuevas tecnologías y otras aplicaciones

Se está estudiando el uso potencial de los aminoácidos en la construcción para crear bloques de construcción de bajo coste mediante síntesis asimétrica. También se sabe que los aminoácidos desempeñan un papel como componentes de polímeros biodegradables utilizados, por ejemplo, en medicina o en la producción de envases respetuosos con el medio ambiente; un ejemplo de ello es el poliaspartato.

Los aminoácidos no proteicos también se utilizan en la producción de cosméticos que contienen sustancias activas. Algunos aminoácidos no proteicos tienen efectos antioxidantes y también son precursores de colágeno, lo que es deseable en productos antiedad para la piel.

Los aminoácidos también se utilizan en el estudio de la estructura de las enzimas o la síntesis de péptidos; un ejemplo es la homoserina, que también sirve como precursor para la síntesis de isobutanol y 1,4-butanodiol.

En medicina, es de gran importancia, por ejemplo, la homocisteína, cuyo nivel en la sangre es un marcador de riesgo de enfermedades cardiovasculares como la cardiopatía coronaria, la trombosis, los infartos de miocardio y los accidentes cerebrovasculares, así como del riesgo de aborto espontáneo.

Además, se ha encontrado la presencia de aminoácidos no proteicos en meteoritos, lo que ha inspirado a los investigadores a realizar experimentos sobre el origen de la vida y los procesos bioquímicos alternativos.

Producción de aminoácidos biogénicos

Algunos aminoácidos sólo existen en forma sintética. En cambio, los aminoácidos biogénicos pueden producirse mediante síntesis química o biosíntesis. Algunos se obtienen por fermentación utilizando cepas de alto rendimiento de bacterias adecuadas. Los procesos de producción de aminoácidos se han visto enormemente facilitados por la introducción de enzimas y biocatalizadores de células enteras. La tasa de crecimiento anual del mercado de aminoácidos es del 5-7%.