D-aminoácido

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Los D -aminoácidos son aminoácidos en los que el carbono estereogénico alfa del grupo amino tiene la configuración D. En la mayoría de los aminoácidos naturales, este carbono tiene laconfiguración L. Los D -aminoácidos se encuentran ocasionalmente en la naturaleza como residuos en las proteínas. Se forman a partir de residuos de D -aminoácidos derivados de los ribosomas. ^[1]

Los aminoácidos, como componentes de péptidos, hormonas peptídicas, proteínas estructurales e inmunes, son los biorreguladores más importantes que intervienen en todos los procesos vitales junto con los ácidos nucleicos, los carbohidratos y los lípidos. "Se cree que los ᴅ-aminoácidos ambientales se derivan de la diagénesis orgánica, como la racemización y la liberación de las paredes celulares bacterianas e incluso de la producción microbiana". ^[2]

Su descubrimiento se produjo en la década de 1950. "Auclair y Patton (1950) informaron por primera vez de su presencia en la sangre de insectos y moluscos". ^[3] También se han identificado en varios tejidos de mamíferos. Los dos tipos principales de D -aminoácidos sintetizados en y por los mamíferos son el ácido D -aspártico ( D -Asp) y la D -serina ( D -Ser). " El D -Asp está presente en vertebrados e invertebrados y está involucrado en el desarrollo de los sistemas nervioso y endocrino". ^[3] También se puede detectar una inmensa cantidad de D -Ser en el cerebro, donde desempeña un papel regulador significativo en el desarrollo del "sistema nervioso central y está estrechamente asociado con el aprendizaje, la memoria y el comportamiento de los mamíferos". También se ha detectado una gran cantidad de D -Ser en la orina humana; desempeña un papel regulador en la expresión de genes patógenos en el sistema urinario". ^[3] Además, también se han observado en ciertos tejidos de algunos invertebrados marinos y "podrían estar involucrados en la regulación de la presión osmótica". ^[3] Sin embargo, todavía no está claro si se absorben del agua de mar o si los producen los propios organismos. También se han identificado en plantas. ^[3] Una serie de D -aminoácidos también limitan el crecimiento de las plantas, "mientras que algunas plantas pueden absorber y metabolizar o asimilar ᴅ-aminoácidos". ^[3]

Los L- y D -aminoácidos son generalmente enantiómeros. Las excepciones son dos aminoácidos con dos centros estereogénicos, la treonina y la isoleucina . Aparte de estos dos casos especiales, los L- y D -aminoácidos tienen propiedades idénticas (color, solubilidad, punto de fusión) en muchas condiciones. Sin embargo, en el contexto biológico, que es quiral, estos enantiómeros pueden comportarse de manera muy diferente. Por lo tanto, los D -aminoácidos tienen un bajo valor nutricional, en parte porque no se digieren bien. ^[4]

Contienen un grupo carboxilo en un extremo y un grupo de cadena lateral en el otro extremo. También contienen un grupo amina e hidrógeno en extremos opuestos, dependiendo de qué enantiómero se esté mirando. También alcanzan un centro de carbono quiral. Es por eso que las moléculas pueden existir en diferentes formas estereoisoméricas, y la orientación de los grupos radicales es lo único que difiere entre estos enantiómeros. El D -gliceraldehído , por otro lado, contiene un grupo carbonilo y grupos hidroxi (alcohol) con el carbono quiral en el centro. La orientación es nuevamente diferente para el L -gliceraldehído .

Aunque los D -aminoácidos son constituyentes mínimos de los organismos vivos, se encuentran en una amplia variedad de entornos naturales, como suelos, ríos, lagos, sistemas marinos, nieve y hielo, aerosoles y precipitaciones. Son producidos por varios microbios marinos, que cumplen funciones importantes en los ciclos de carbono y energía en el océano y contribuyen como fuente de carbono al depósito de carbono oceánico. ^[2]

Los residuos de D -aminoácidos se encuentran en los caracoles cono y en el veneno del ornitorrinco macho . ^{[5] [6]} También son componentes abundantes de las paredes celulares de peptidoglicano de las bacterias, ^[7] y la D -serina puede actuar como un neurotransmisor en el cerebro. ^[8] Los D -aminoácidos se utilizan en cristalografía racémica para crear cristales centrosimétricos que, dependiendo de la proteína, pueden permitir una determinación más fácil y robusta de la estructura de la proteína. ^[9]

La gramicidina es un polipéptido formado por una mezcla de D y L aminoácidos. ^[10] Otros compuestos que contienen D aminoácidos son la tirocidina y la valinomicina . Estos compuestos alteran las paredes celulares bacterianas, en particular en las bacterias grampositivas . En 2011 ^[actualizar], solo se encontraron 837 D aminoácidos en la base de datos Swiss-Prot de un total de 187 millones de aminoácidos analizados. ^[11]

Los D -aminoácidos marcados con fluorescencia , concretamente FDAAs , se han utilizado para el marcado in situ de peptidoglicano bacteriano tanto en especies grampositivas como gramnegativas. ^{[12] [13]}

Las bacterias probablemente tengan la mayor capacidad para utilizar los D-aminoácidos. Se sabe que sintetizan más de 10 tipos de D -aminoácidos, los más frecuentes son la D -alanina y el D -glutamato para la reticulación dentro de la pared celular de peptidoglicano. Además, los D -aminoácidos extracelulares liberados por las bacterias también controlan la remodelación de la pared celular bacteriana y, además, se cree que funcionan entre las bacterias para adaptarse a entornos que cambian con frecuencia. Además de la función estructural en la pared celular bacteriana, los D -aminoácidos también se han asociado con la aptitud para el crecimiento y con otros procesos como el desarrollo de biopelículas , la germinación de esporas y la señalización. ^{[2] [3]}

Al menos dos familias de enzimas convierten los L -aminoácidos en D -aminoácidos. La racemasa de aminoácidos , una enzima dependiente de PLP, racemiza los aminoácidos mediante la formación de alfa-iminoácidos, donde se pierde el centro estereogénico. Las oxidasas de L -aminoácidos convierten los L -aminoácidos en α- cetoácidos , que son susceptibles a la aminación reductora. Algunos aminoácidos son propensos a la racemización, un ejemplo es la lisina , que racemiza mediante la formación de ácido pipecólico .

En los péptidos, los residuos de L -aminoácidos se racemizan lentamente, lo que da lugar a la formación de algunos residuos de D -aminoácidos. La racemización se produce mediante la desprotonación del metino que está en la posición alfa del grupo amido. Las tasas aumentan con el pH.

Muchos de los D -aminoácidos que se encuentran en los organismos superiores se derivan de fuentes microbianas. La D -alanina presente en los peptidoglicanos que componen las paredes celulares bacterianas ayuda a su huésped a resistir el ataque de las enzimas proteolíticas. Varios antibióticos , por ejemplo, la bacitracina , contienen residuos de D -aminoácidos. ^[4]

Phaeobacter sp. JL2886, una cepa de aguas profundas que fue secuestrada en 2012 de un sedimento que se encontraba a 2000 m de profundidad en el mar de China Meridional, "fue analizada para conocer la secuencia completa de su genoma". En otro estudio, de 56 sedimentos recolectados de las profundidades marinas (rango de profundidad de 800 a 1500 m), se aislaron "28 utilizadores de ᴅ-aminoácidos", en la bahía de Sagami, Japón. ^[2] También se han realizado intentos independientes de secuestrar microorganismos que crecen de manera más saludable, gracias a los D -aminoácidos. La mayoría de los estudios y experimentos realizados también suelen utilizar principalmente D -alanina, D -aspartato y D -glutamato, ya que representan los D -aminoácidos más comunes que se encuentran en los organismos vivos. Además, también ayudan como fuentes de nitrógeno para muchos de los procesos fundamentales involucrados en el océano. ^[2]