Ácido aspártico

Ácido aspártico
nombre de la IUPAC
ácido 2-amino-1,4-butanodioico
abreviaturas
áspid
_
Nombres alternativos
Ácido aspártico

Ácido aminosuccínico

Características generales
Fórmula molecular o crudaC 4 H 7 NO 4
Masa molecular ( u )133.10
Aparienciasólido cristalino blanco
número CAS56-84-8 (mezcla racémica Número CAS: 617-45-8)
Número EINECS200-291-6
PubChem5960
Banco de medicamentosDB00128
SONRISASC(C(C(=O)O)N)C(=O)O
Propiedades fisicoquímicas
Constante de disociación ácida a 293 K.pK 1 : 1,99

pK 2 : 9,90
pK r : 3,90

Punto isoeléctrico2.85
Solubilidad en agua4 g/l a 293 K
Temperatura de fusión270 °C (543 K)
Propiedades termoquímicas
Δ f H 0 (kJ mol −1 )−973,3
Información de seguridad
Frases H---
Consejo P--- [1]

El ácido aspártico es un aminoácido utilizado por los seres vivos para la síntesis de proteínas . Suele indicarse con las abreviaturas D o Asp y está codificado en el ARN mensajero por los codones GAU y GAC.

También interviene en el ciclo de la urea y se incluye entre los aminoácidos gluconeogénicos ya que, por transaminación, se transforma en oxaloacetato . [2]

Historia

El farmacéutico francés Auguste-Arthur Plisson en 1827 aisló el ácido aspártico después de hacer reaccionar la asparagina , obtenida del jugo de espárragos , con hidróxido de plomo . Llamó al ácido obtenido "acide aspartique" (del latín aspăragus , "espárrago") ácido aspártico en italiano. [3]

Ritthausen en 1868 aisló el ácido aspártico de una proteína hidrolizada. [3]

Estructura

Está compuesto por un grupo amino , un grupo carboxilo y una cadena lateral ácida ( ), lo que hace que la molécula sea polar . En condiciones fisiológicas el aminoácido se presenta en forma de anión , ya que los grupos α-carboxílico y α-amino están cargados negativa y positivamente, mientras que la cadena lateral está cargada negativamente ( ), consecuentemente la carga global de la molécula es negativa. En esta forma, el ácido aspártico se llama aspartato y es capaz de interactuar eléctricamente con otras moléculas cargadas.

En cambio, la forma zwitteriónica se alcanza a pH ácido, cuando el grupo amino está protonado y solo uno de los dos grupos carboxilo está desprotonado. Dado que los dos grupos carboxilo tienen diferentes constantes de disociación ácida , es posible identificar el punto isoeléctrico a un pH de 2,85.

El ácido aspártico, como la mayoría de los aminoácidos, está sujeto a estereoisomerismo . El carbono 2, también llamado carbono α, es un estereocentro que lleva 4 sustituyentes diferentes (, y ) unidos . Dependiendo de cómo estén orientados tridimensionalmente estos sustituyentes, se pueden identificar dos enantiómeros : ácido 2 ( S ) -amino-1,4-butanodioico y ácido 2 ( R ) -amino-1,4-butanodioico. Estas dos moléculas tienen actividad óptica y, en consecuencia, se pueden distinguir el ácido L-aspártico y el ácido D-aspártico . Su forma aniónica también posee actividad óptica y por lo tanto se reconocen entre sí: L-aspartato y D-aspartato .

Los nombres "ácido aspártico" y "aspartato" comúnmente significan mezclas racémicas .

Ácido L-aspártico

El enantiómero L del ácido aspártico es el que utilizan los seres vivos como componente básico para la construcción de proteínas . Se sintetiza de forma natural en nuestro cuerpo, por lo que entra en esa categoría de aminoácidos no esenciales, que se pueden evitar con la alimentación. [4]

Un estudio mostró que, en condiciones similares a las que supuestamente existían en la Tierra primitiva, los cristales de ácido aspártico levógiros (enantiómeros L) se formaron más fácilmente y en mayores cantidades que los levógiros. Esta podría ser la razón por la que nuestro código genético incluía el enantiómero L y no el D. [5]

El L-aspartato actúa en el cerebro como un neurotransmisor excitatorio que estimula los receptores NMDA , aunque no en forma tan excesiva como lo hace el glutamato . [6]

Biosíntesis

En el cuerpo humano se sintetiza a través de la reacción de transaminación del oxalacetato , un intermedio del ciclo de Krebs . La reacción es catalizada por la enzima aspartato transaminasa , que se encuentra libre en el citosol de muchas células. La transferencia del grupo amino de moléculas como la alanina o la glutamina produce aspartato y un alfa-cetoácido . [2]

Producción industrial

Desde el punto de vista industrial, el ácido L-aspártico se sintetiza a partir del ácido fumárico . La reacción involucra el uso de amoníaco y un catalizador enzimático : aspartato amoníaco liasa , también llamada aspartasa. [7]

El primer uso de este catalizador se remonta a un proceso discontinuo [7] de 1953 que luego se convirtió, en 1973, en un proceso continuo para la producción de ácido L-aspártico. Esta nueva síntesis implicó el uso de una columna que contenía células de E.Coli inmovilizadas en una red de poliacrilamida . [8] [9] Para lograr mejoras en el proceso, la κ-carragenina se inició en 1978 como un gel de atrapamiento. [10] En 1983, sin embargo, se empezaron a utilizar células EAPC-7 inmovilizadas en χ-carragenina, eliminando también la conversión de ácido fumárico a ácido L-málico . [11]

Así, se han realizado varios intentos para mejorar la producción de ácido L-aspártico: desde el uso de células de E.Coli atrapadas en poliazetidina [12] [13] , hasta el uso de células intactas de una bacteria corineforme, Brevibacterium flavum MJ-233 , con una membrana de ultrafiltración. [14] Todos estos procesos tienen en común el uso de un exceso de amoniaco para intentar desplazar el equilibrio de la reacción hacia la producción de ácido L-aspártico. [7] [15]

Luego intentamos mejorar el biocatalizador utilizado: la aspartasa. Algunos ejemplos son: la preparación de un nuevo microorganismo del género E. coli , integrando un plásmido con un ácido desoxirribonucleico portador del gen de la aspartasa [16] [17] (lo que condujo a una síntesis más ventajosa del aminoácido) y la identificación de una aspartasa altamente termoestable en Bacillus sp. YM55-1. [18] Estudios posteriores sobre la estructura de rayos X de la aspartasa por E.Coli [19] y Bacillus sp. YM55-1 [20] ha permitido que la ingeniería de proteínas mejore cada vez más en este campo.

La optimización continua de los componentes individuales del proceso ha asegurado que los procesos basados ​​en aspartasa se encuentren entre los procesos enzimáticos más eficientes y rentables conocidos hasta la fecha. [7] [21]

Metabolismo

El ácido aspártico se utiliza como precursor en la síntesis de otros aminoácidos, como la asparagina , la arginina , la lisina , la metionina , la treonina y la isoleucina . Además de eso, se utiliza para sintetizar algunos nucleótidos . El ácido aspártico también actúa como neurotransmisor. [22]

El proceso de biosíntesis de los aminoácidos parte de una fosforilación del aspartato catalizada por la aspartato-quinasa que produce aspartil-β-fosfato; a partir de este último se produce β-aspartato-semialdehído a partir del cual finalmente se siguen diferentes vías metabólicas para la producción de aminoácidos. [2] La síntesis de alanina también implica el uso de ácido L-aspártico como precursor, en este proceso se usa aspartato-β-descarboxilasa como catalizador.

El aspartato se degrada a oxaloacetato , que es un precursor de la glucosa y por esta razón se clasifica como un aminoácido glucogénico. [2] La reacción es una transaminación de aspartato. La asparagina que se hidroliza en aspartato a través de la L-asparaginasa también conduce a la formación de oxalacetato. [2]

Usos industriales

El ácido L-aspártico es ampliamente utilizado en nutrición parenteral y enteral como acidulante, como precursor de L-alanina y aspartamo . [7] También se utiliza como material de partida para la síntesis estereoselectiva de varios compuestos químicos orgánicos quirales. [23]

El ácido poliaspártico es un polímero de ácido aspártico biodegradable , soluble en agua , valioso en muchas aplicaciones industriales, médicas y agrícolas para reemplazar muchos polímeros no biodegradables en uso. [24] [25] Las aplicaciones del ácido poliaspártico incluyen, de hecho, sistemas de tratamiento de agua, tratamientos antimicrobianos [26] , silvicultura , explotación de petróleo , aplicación en formulaciones de detergentes [27] y como componente de polímeros superabsorbentes biodegradables (SAP) , utilizado en pañales desechables, productos para la incontinencia de adultos y productos de higiene femenina. [28]

Se espera que el mercado mundial de ácido aspártico (que por lo tanto incluye: complementos alimenticios, medicamentos, ácido poliaspártico, aspartamo, L-alanina) alcance los $ 101,0 millones para 2022. La demanda mundial de ácido aspártico fue de 35,6 millones de kilo - toneladas en 2012. [ 27] En 1996, en cambio, la producción industrial de ácido aspártico fue de 7 kilotoneladas por año, vía enzimas. [29]

Ácido D-aspártico

El ácido D-aspártico no es utilizado por la maquinaria de síntesis de proteínas para construir proteínas, por lo que se lo conoce como un aminoácido no proteinogénico . Es uno de los principales reguladores de la neurogénesis adulta y juega un papel importante en el desarrollo de la función endocrina. D-Asp está presente en los tejidos endocrinos, neuroendocrinos y testiculares y regula la síntesis y secreción de hormonas y la espermatogénesis . Las proteínas alimentarias también contienen D-aminoácidos que se originan naturalmente o son inducidos por procesos que involucran altas temperaturas, tratamientos ácidos o procesos de fermentación . De hecho, la presencia de D-aminoácidos en productos lácteos indica un tratamiento térmico o contaminación microbiana. [30]

Durante la etapa embrionaria de las aves y la vida postnatal temprana de los mamíferos, una alta concentración transitoria de D-Asp está presente en el cerebro y la retina . Este aminoácido ha sido detectado en sinaptosomas y vesículas sinápticas, donde es liberado tras estímulos químicos (iones ( ), ionomicina ) o eléctricos. Además, D-Asp aumenta el AMPc en las células neuronales y se transporta desde las hendiduras sinápticas a las células nerviosas presinápticas a través de un transportador específico. En el sistema endocrino , por otro lado, D-Asp está involucrada en la regulación de la síntesis y liberación hormonal. Por ejemplo, en el hipotálamo de rata , aumenta la liberación de gonadotropina (GnRH) e induce la síntesis de ARNm, oxitocina y vasopresina . En la hipófisis estimula la secreción de las siguientes hormonas: prolactina (PRL), hormona luteinizante (LH) y hormona del crecimiento (GH) En los testículos, está presente en las células de Leydig e interviene en la liberación de testosterona y progesterona _ [31]

Biosíntesis

El ácido D-aspártico se sintetiza en nuestro organismo a partir del ácido L-aspártico. La reacción de racemización es catalizada por una enzima isomerasa llamada: aspartato-racemasa . [32]

Usos

D-Asp está involucrada en la síntesis y liberación de testosterona y por esta razón se supone que puede usarse para aumentar la testosterona en los hombres. Los estudios han revelado que la D-Asp exógena en realidad aumenta los niveles de testosterona en animales, mientras que los estudios en humanos han arrojado resultados inconsistentes debido a la pequeña cantidad de investigaciones realizadas. [33]

La presencia de ácido D-aspártico en productos alimenticios, por ejemplo en quesos, puede utilizarse para cuantificar cualquier contaminación microbiana o cualquier tratamiento térmico o alcalino del producto. [30]

La racemización del ácido aspártico es uno de los principales tipos de modificación covalente no enzimática que conduce a la acumulación de D-Asp dependiente de la edad en los tejidos humanos. La racemización ocurre durante el envejecimiento de las proteínas y se correlaciona con la edad de las proteínas de larga vida. La racemización puede dar como resultado una pérdida de la función de la proteína debido a la proteólisis o debido a cambios en la estructura molecular. La racemización in vivo también puede aumentar en condiciones patológicas. De hecho, este proceso es relevante en la patogenia de enfermedades de la vejez como la aterosclerosis , el enfisema pulmonar , la presbicia , las cataratas , las enfermedades degenerativas del cartílago y las disfunciones relacionadas con la edad cerebral. [34]

La racemización de L-aspartato también se puede utilizar para estimar la edad de los dientes . Este método se basa en el aumento constante relacionado con la edad en la cantidad de ácido D-aspártico en la dentina , una proteína de larga vida. [35]

Abundancia en los alimentos

A continuación se enumeran algunos de los alimentos que contienen ácido aspártico. [36] Para obtener una lista completa, consulte la fuente.

Alimento Dosis (g/100 g)
Aislado de proteína de soja 10.203
Claras de huevo 8.253
carne de foca 6.887
Pescado de seco 6.433
Espirulina seca 5.793
habas de soja 5.112
harina de maní 4.123
Tocino 3.649
Filete de carne 3.386
Miseria 3,299
esturión ahumado 3.195
nueces 3.096
Pollo 3.021

Notas

  1. ^ hoja de ácido aspártico en [1]
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