D-Aminoácido - D-Amino acid

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

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

Descubrimiento

Su descubrimiento fue en la década de 1950. “Auclair y Patton (1950) informaron por primera vez de su presencia en la sangre de insectos y moluscos” Además, 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). "D-Asp está presente en vertebrados e invertebrados y participa en el desarrollo de los sistemas nervioso y endocrino (Kim et al., 2010)". También se puede detectar una inmensa cantidad de D-Ser en el cerebro, donde Compone 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 (Snyder y Kim, 2000)". Además, 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 (Huang et al., 1998). "Además, también se han observado en ciertos tejidos de algunos invertebrados marinos, y" podrían estar involucrados en la regulación de la presión osmótica (Abe et al., 1998). al., 1999) ". Sin embargo, todavía no está claro si se absorben del agua de mar o si son producidos por los propios organismos. También se han identificado en plantas (Brckner y Westhauser, 2003). Varios D-Aminoácidos también limitan el crecimiento de las plantas (Forsum et al., 2008), “mientras que algunas plantas pueden absorber y metabolizar o asimilar D-aminoácidos (Grdes et al., 2011; Hill et al., 2011 ) ”

Estructura y propiedades generales

  • D-alanina.

  • L-alanina.

Los L- y D-aminoácidos suelen ser enantiómeros. Las excepciones son dos aminoácidos con dos centros estereogénicos, treonina e isoleucina . Aparte de esos dos casos especiales, los aminoácidos L y D 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 valor nutricional bajo, en parte porque no se digieren bien.

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 del enantiómero que 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 que solo es diferente entre estos enantiómeros. El D-gliceraldehído, por otro lado, contiene un grupo carbonilo y grupos hidroxi (alcohol) con el carbono quiral en el centro. Nuevamente, la orientación es diferente para el L-gliceraldehído.

Ocurrencia y uso

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

Los residuos de D-aminoácidos se encuentran en los caracoles de cono . También son componentes abundantes de las paredes celulares de peptidoglicano de las bacterias, y la D- serina puede actuar como un neurotransmisor en el cerebro. Los D -aminoácidos se utilizan en la cristalografía racémica para crear cristales centrosimétricos que, dependiendo de la proteína, pueden permitir una determinación de la estructura de la proteína más fácil y robusta.

La gramicidina es un polipéptido compuesto por una mezcla de aminoácidos D y L. Otros compuestos que contienen D -aminoácidos son la tirocidina y la valinomicina . Estos compuestos alteran las paredes de las células bacterianas, particularmente en las bacterias Gram-positivas . A partir de 2011, solo se encontraron 837 D -aminoácidos en la base de datos de Swiss-Prot de un total de 187 millones de aminoácidos analizados.

Se han utilizado D-aminoácidos marcados con fluorescencia, a saber, FDAA , para el marcaje in situ de peptidoglicano bacteriano en especies tanto Gram positivas como Gram negativas.

Bacterias y D-Aminoácidos

Las bacterias probablemente tienen la mayor capacidad para utilizar aminoácidos. Se sabe que sintetizan más de 10 tipos de D-aminoácidos, con mayor frecuencia D-alanina y D-glutamato para la reticulación dentro de la pared celular del peptidoglicano. Además, los D-aminoácidos extracelulares liberados de 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 del crecimiento y con otros procesos como el desarrollo de biopelículas, la germinación de esporas y la señalización.

Biosíntesis

Dos enzimas convierten L-aminoácidos en D-aminoácidos. La D -racemasa de aminoácidos , una enzima dependiente de PLP, racemiza los aminoácidos mediante la formación de alfa-iminoácidos, donde se pierde el centro estereogénico. Las L-aminoácidos oxidasas convierten los L-aminoácidos en alfa- 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 como resultado la formación de algunos residuos de D-aminoácidos. La racemización se produce mediante la desprotonación del metino que es alfa del grupo amido. Las tasas aumentan con el pH.

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

Estudios previos

Phaeobacter sp. JL2886, una cepa de aguas profundas, que fue secuestrada en 2012, de un sedimento que estaba a 2000 m de profundidad en el mar de China Meridional, “fue analizada para su secuencia completa del genoma (Fu et al., 2016)” (Naganuma et al., 2018). En otro estudio, de 56 sedimentos recolectados de las profundidades marinas (rango de profundidad 800-1500 m), se aislaron “28 usuarios de D-Aminoácidos”, en Sagami Bay, Japón (Kubota et al., 2016). También se han realizado intentos independientes para secuestrar microorganismos que crecen de manera más saludable, debido a los D-Aminoácidos. La mayoría de los estudios y experimentos realizados también utilizan 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.

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