Asparagina: características, estructura, funciones, biosíntesis
La asparagina (Asn o N) es un aminoácido importante para la señalización celular y la unión entre proteínas y glúcidos. Este es uno de los 22 aminoácidos básicos y se cataloga como no esencial, pues es sintetizado por el cuerpo de los mamíferos.
Este aminoácido se clasifica dentro del grupo de aminoácidos polares sin carga y fue el primer aminoácido descubierto, hecho que ocurrió en 1806, donde fue aislado del zumo de espárragos (una especie de planta herbácea) por los químicos franceses Vauquelin y Robiquet.
A pesar de su temprano descubrimiento, el papel biológico y nutricional de la asparagina no fue reconocido sino más de 100 años después cuando, en 1932, se confirmó su presencia en la estructura de una proteína presente en las semillas de cáñamo.
La asparagina y la glutamina sirven de sustratos para los grupos amidas de otros dos aminoácidos muy frecuentes en las proteínas: el aspartato (ácido aspártico) y el glutamato (ácido glutámico), respectivamente. La asparagina y la glutamina se hidrolizan fácilmente en estos aminoácidos por acción enzimática o de compuestos ácidos y básicos.
Muchas enzimas serín proteasas que se encargan de hidrolizar los enlaces peptídicos tienen una asparagina en la cadena lateral de su sitio activo. Este residuo tiene una carga parcial negativa y se encarga de unirse de forma complementaria con la carga positiva de los péptidos blanco, aproximándolos al sitio de corte.
La enzima encargada de la síntesis de oxalacetato a partir de asparagina es empleada en tratamientos quimioterapéuticos y se conoce como L-asparaginasa, que se encarga de catalizar la fragmentación hidrolítica del grupo amida de la asparagina a aspartato y amonio.
La asparaginasa es sobre-expresada y purificada a partir de Escherichia coli, para ser inyectada en pacientes infantiles que presentan leucemia linfoblástica aguda, ya que tanto linfocitos normales como malignos dependen de la captura de asparagina en la sangre para su crecimiento y multiplicación.
Índice del artículo
- 1 Características y estructura
- 2 Funciones
- 3 Biosíntesis
- 4 Degradación
- 5 Alimentos ricos en asparagina
- 6 Referencias
Todas las estructuras químicas de los aminoácidos poseen un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH3+), un hidrógeno (-H) y un grupo R o sustituyente que se encuentran unidos al mismo átomo de carbono central, conocido como carbono α.
Los aminoácidos se diferencian entre sí por la identidad de sus cadenas laterales, que son las que se conocen como grupos R y que pueden variar en tamaño, estructura, grupos funcionales e incluso carga eléctrica.
Los átomos de carbono de los grupos R se identifican con letras del alfabeto griego. Así, en el caso de la asparagina los carbonos de la cadena R son identificados como carbonos β y γ.
De acuerdo con otro tipo de nomenclaturas, el átomo de carbono en el grupo carboxilo (-COOH) se enumera como C-1, por lo que, continuando con la numeración, el carbono α sería C-2 y así sucesivamente.
Una molécula de asparagina posee cuatro átomos de carbono, entre los que se incluyen el carbono α, el carbono del grupo carboxilo y dos átomos de carbono que forman parte del grupo R, conocido como carboxamida (-CH2-CO-NH2).
Este grupo carboxamida solo se encuentra en dos aminoácidos: en la asparagina y en la glutamina. Tiene la característica de que puede formar puentes de hidrógeno con gran facilidad a través del grupo amino (-NH2) y del grupo carbonilo (-CO).
La asparagina pertenece al grupo de los aminoácidos polares sin carga, que son aminoácidos muy solubles en agua y muy hidrófilos (debido a su capacidad de formación múltiples puentes de hidrógeno).
En el grupo de los aminoácidos polares sin carga también se encuentran la serina, la treonina, la cisteína y la glutamina. Todos estos son compuestos “zwitteriónicos”, ya que poseen un grupo polar en su cadena R que contribuye con la neutralización de las cargas.
Todos los aminoácidos polares sin carga no son ionizables en pH cercanos a 7 (neutro) es decir, que no poseen cargas positivas o negativas. Sin embargo, en medios ácidos y básicos los sustituyentes se ionizan y adquieren una carga.
El carbono central o carbono α de los aminoácidos es un carbono quiral, entonces, posee cuatro sustituyentes diferentes unidos, lo que hace que existan al menos dos estereoisómeros distinguibles para cada aminoácido.
Los estereoisómeros son imágenes especulares de una molécula que poseen la misma fórmula molecular, pero no son superponibles entre sí, como las manos (izquierda y derecha). Se denotan con la letra D o L, ya que de forma experimental las soluciones de estos aminoácidos rotan el plano de luz polarizada en direcciones opuestas.
La asimetría general de los aminoácidos hace que la estereoquímica de estos compuestos sea de gran importancia, ya que cada una tiene propiedades diferentes, es sintetizada y participa en rutas metabólicas distintas.
La asparagina puede encontrarse en la forma D-asparagina o L-asparagina, siendo esta última la más frecuente en la naturaleza. Es sintetizada por la L-asparagina sintetasa y metabolizada por la L-asparaginasa, ambas enzimas son muy abundantes en el hígado de los vertebrados.
La facilidad de formar puentes de hidrógeno de la asparagina hace que sea un aminoácido crucial para la estabilidad estructural de las proteínas, ya que puede formar puentes de hidrógeno internos con las cadenas laterales de los demás aminoácidos que las conforman.
La asparagina suele encontrarse en la superficie de las proteínas típicas de medios acuosos, estabilizando la estructura de las mismas.
Muchas glicoproteínas pueden unirse a glúcidos o carbohidratos a través de un residuo de asparagina, de treonina o de serina. En el caso de la asparagina, generalmente se une primero una acetil galactosamina al grupo amino por N-glicosilación.
Es importante resaltar que en todas la glicoproteínas N-glicosiladas los carbohidratos se unen a estas a través de un residuo de asparagina que se encuentra en una región específica denotada como Asn-X-Ser/Thr, donde X es cualquier aminoácido.
Estas glicoproteínas son ensambladas en el retículo endoplásmico, donde son glicosiladas a medida que son traducidas.
Todos los organismos eucariotas asimilan amoniaco y lo transforman a glutamato, glutamina, carbamil-fosfato y asparagina. La asparagina se puede sintetizar a partir de los intermediarios glicolíticos, en el ciclo del ácido cítrico (a partir del oxalacetato) o partir de los precursores consumidos en la dieta.
La enzima asparagina sintetasa es una amidotransferasa dependiente de glutamina y ATP que escinde el ATP a AMP y pirofosfato inorgánico (PPi) y emplea al amoniaco o la glutamina para catalizar una reacción de amidación y convertir el aspartato en asparagina.
Tanto las bacterias como los animales poseen una asparagina sintetasa, sin embargo, en las bacterias la enzima utiliza el ion amonio como donante de nitrógeno, mientras que en los mamíferos las asparagina sintetasa usa glutamina como el donante principal del grupo nitrogenado.
La ruptura enzimática de la molécula de ATP a AMP y pirofosfato inorgánico (PPi), junto con la glutamina como donante del grupo amida, son las principales diferencias con respecto a la biosíntesis de la L-glutamina entre los distintos organismos.
La mayoría de los estudios sobre el metabolismo de la asparagina se han realizado en plantas, en vista de que inicialmente los estudios en mamíferos fueron obstaculizados por la carencia de metodologías lo suficientemente sensibles para los ensayos aminoacídicos a nivel de sistemas más complejos.
La L-asparagina es hidrolizada constantemente en los mamíferos por la L-asparaginasa para originar ácido aspártico y amonio. Es utilizada para la síntesis de glicoproteínas y es uno de los principales precursores de oxalacetato para el ciclo del ácido cítrico.
La enzima asparaginasa cataliza la hidrólisis de asparagina a aspartato, posteriormente el aspartato es transaminado con α-cetoglutarato para producir glutamato y oxalacetato.
La asparagina sintetasa, también conocida como aspartato-amoniaco ligasa, se encuentra de forma abundante de las células del cerebro adulto de los mamíferos.
Cuando se perciben niveles bajos de esta enzima en el organismo se forma lo que se conoce como “aminoacidopatías”, pues se acumulan sustratos precursores en el citoplasma de las células cerebrales.
Las personas que presentan leucemia linfoblástica aguda usualmente tienen deficiencias respecto a la enzima asparagina sintetasa y dependen de la asparagina en circulación, por lo que se les recomienda una dieta en alimentos ricos en asparagina o el suministro exógeno de la misma.
Entre los múltiples alimentos con un alto contenido de asparagina se encuentran los mariscos, las aves y sus huevos, las carnes de ganado vacuno, los lácteos y sus derivados, y los vegetales como los espárragos, las papas, tubérculos, etc.
Existen concentrados de L-asparagina que son formulados para los atletas de alta competencia, ya que su consumo ayuda a regenerar las proteínas que conforman los tejidos.
Además, las personas que presentan déficit en la síntesis del aminoácido también ingieren estos comprimidos para evitar desórdenes en su sistema nervioso central.
La asparagina es más fácil de metabolizar a través de su forma L-asparagina, pues muchas de las enzimas implicadas en su metabolismo no reconocen la forma D-asparagina y, por ende, no toda la asparagina ingerida en los alimentos está disponible para los distintos procesos del organismo.
La ingesta abundante de asparagina puede resultar beneficiosa, no obstante, se recomienda no consumirla en exceso en forma de comprimidos, ya que se ha determinado que abundantes concentraciones de L-asparagina provenientes de fármacos incrementan en el desarrollo de las células tumorales.
- Cooney, D. A., Capizzi, R. L., & Handschumacher, R. E. (1970). Evaluation of L-asparagine metabolism in animals and man. Cancer research, 30(4), 929-935
- Dunlop, P. C., Roon, R. J., & Even, H. L. (1976). Utilization of D-asparagine by Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125(3), 999-1004.
- Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Advances in asparagine metabolism. In Progress in Botany Vol. 79 (pp. 49-74). Springer, Cham.
- Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Assembly of asparagine-linked oligosaccharides. Annual review of Biochemistry, 54(1), 631-664
- Mathews, C. K., & Ahern, K. G. (2002). Bioquímica. Pearson Education.
- Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
- Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-Asparagine. Acta Crystallographica Section E: Structure Reports Online, 63(9), 3802-3803.