La mayoría de enzimas son proteínas
Con
la excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA catalítico, todos los
enzimas son proteínas. Su actividad catalítica depende de la integridad de su
conformación proteica nativa. Si se desnaturaliza o disocia un enzima en sus
subunidades, se suele perder la actividad catalítica. Si se descompone una
enzima en sus aminoácidos constituyentes, siempre se destruye su actividad
catalítica. Así las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria
de las proteínas enzimáticas son esenciales para su actividad catalítica.
Los
enzimas, al igual que otras proteínas, tienen masas moleculares relativas que
van desde unos 12,000 hasta más de un millón. Algunos enzimas no requieren para
su actividad más grupos químicos que sus residuos aminoácidos. Otros requieren
un componente químico adicional llamado cofactor. El cofactor puede ser uno o
varios iones inorgánicos tales como Fe2+, Mg2+, Mn2+
o Zn2+ o una molécula orgánica o metaloorganica compleja
denominada coenzima.
Cofactores Enzimáticos
La
actividad de algunos enzimas depende solamente de su estructura como proteínas,
mientras que otros necesitan, además uno o más componentes no proteicos,
llamados cofactores. El cofactor puede ser un ion metálico, o bien una molécula
orgánica llamada coenzima: algunos enzimas necesitan de ambos. Los cofactores
son generalmente estables frente al calor, mientras que muchas proteínas
enzimáticas pierden la actividad por calefacción. El complejo enzima-cofactor
catalíticamente activo recibe el nombre de holoenzima.
Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por sí misma es
inactiva catalíticamente, se designa con el nombre de apoenzima.
Tabla 1.- Algunos elementos inorgánicos que
actúan como cofactores por enzimáticos
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Cu2+
|
Citocromo oxidasa
|
Fe2+ o Fe3+
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Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa
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K2+
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Piruvato, quinasa
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Mg2+
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Hexoquinasa, glucosa 6-fosfatasa, piruvato,
quinasa
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Mn2+
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Arginasa, ribonucleótido reductasa
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Mo
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Dinitrogenasa
|
Ni2+
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Ureasa
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Se
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Glutatión peroxidasa
|
Zn2+
|
Carbónico anhidrasa, alcohol deshidrogenasa,
carboxipeptidasas A y B
|
La
tabla 1 reúne algunos enzimas que precisan de iones metálicos como cofactores.
En tales enzimas el ión metálico puede actuar como:
1) Centro catalítico primario
2) Como grupo puente para reunir el
sustrato y la enzima, formando un complejo de coordinación
3) Como agente estabilizante de la
conformación de la proteína enzimática en su forma catalíticamente activa
Los
enzimas que precisan de iones metálicos, se llaman a veces metaloenzimas.
Tipos de cofactores.
Los iones y las coenzimas esenciales se pueden distinguir además por la fuerza
de interacción con sus apoenzimas.
Ejemplos de como actúan las coenzimas en las reacciones siguientes:
http://www.genome.jp/kegg/pathway.html
La
tabla 2 reúne los principales coenzimas conocidos y los tipos de reacciones
enzimáticas en las que participan. Cada uno de los enzimas catalogados
contiene, como parte de su estructura, una molécula de alguna de las vitaminas;
éstas son sustancias orgánicas, que en cantidades mínimas (trazas), son vitales
para la función de todas las células, y deben figurarse en la dieta de algunas
especies. Los coenzimas actúan, por lo general, como transportadores intermediarios
de grupos funcionales, de átomos específicos o de electrones, los cuales son
transferidos en la reacción enzimática global. Cuando el coenzima se halla
unido íntimamente a la molécula del enzima recibe, normalmente el nombre de grupo prostético.
TABLA
2.- COENZIMAS DE REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE GRUPOS
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Coenzima
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Entidad Transferida
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Nicotinamida-adenina-dinucleótido
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Átomos
de hidrogeno (electrones)
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Fosfato de Nicotinamida-adenina-dinucleótido
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Átomos
de hidrogeno (electrones)
|
Flavin-mononucleótido
|
Átomos
de hidrogeno (electrones)
|
Flavin-adenina-dinucleótido
|
Átomos
de hidrogeno (electrones)
|
Coenzima
Q
|
Átomos
de hidrogeno (electrones)
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Pirofosfato de tiamina
|
Aldehídos
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Coenzima
A
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Grupo
acilo
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Lipoamida
|
Grupo
acilo
|
Coenzimas
cobamídicos
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Grupo
alquilo
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Biocitina
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Dióxido
de carbono
|
Fosfato
de piridoxal
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Grupo
amino
|
Coenzimas tetrahidrofólicos
|
Grupos
metilo, metileno, formilo o formimino
|
Clasificación de las
coenzimas
Se
puede clasificar a las coenzimas en dos tipos, según la forma en que
interactúan con la apoenzima. Las coenzimas de un tipo, llamadas cosustratos, con frecuencia en realidad
son sustratos en reacciones catalizadas por enzimas. Un cosustrato se altera
durante la reacción y se disocia del sitio activo. La estructura original del
cosustrato se regenera en una reacción posterior, catalizada por otra enzima.
El cosustrato se recicla en forma repetida dentro de la célula, a diferencia de
un sustrato ordinario, cuyo producto, en el caso típico, sufre una
transformación posterior. Los cosustratos llevan y traen grupos metabólicos
entre distintas reacciones catalizadas por enzimas.
El
segundo tipo de coenzima se llama grupo
prostético. Un grupo prostético permanece unido a la enzima durante la
reacción. En algunos casos, el grupo prostético se une en forma covalente a su
apoenzima, en tanto que en otros casos está firmemente unido al sitio activo
por muchas interacciones débiles. Igual que los residuos iónicos de aminoácidos
del sitio activo, un grupo prostético debe regresar a su forma original durante
cada evento catalítico total, o la holoenzima no seguirá siendo catalíticamente
activa. Los cosustratos y los grupos prostéticos son parte del sitio activo de
las enzimas. Suministran grupos reactivos que no están disponibles en las
cadenas laterales de los residuos de aminoácido.
Cada
especie viviente usa coenzimas en una cantidad variada de reacciones
importantes catalizadas por enzimas. La mayor parte de esas especies son
capaces de sintetizar sus coenzimas a partir de precursores simples. Esto es válido
en especial en cuatro de los cinco reinos: procariotas, protistas, hongos y
plantas. Los animales en general han perdido la capacidad de sintetizar algunas
coenzimas. Los mamíferos necesitan una fuente de coenzimas para sobrevivir. Son
suministradas por los nutrientes, en pequeñas cantidades (microgramos a
miligramos por día). Estos compuestos esenciales se llaman vitaminas. Las fuentes
originales de vitaminas suelen ser plantas y microorganismos. La mayor parte de
las vitaminas deben transferirse, en forma enzimática, a sus coenzimas
correspondientes.
La
palabra “vitamina” fue acuñada por Casimir Funk en 1912
para describir una “amina vital” de los hojellos del arroz, que curaba el
beriberi, una enfermedad por deficiencia nutricional que causa degeneración
neural.
La
sustancia anti-beriberi (tiamina) se conoció como B1. Desde entonces
se han identificado dos clases amplias de vitaminas:
· HIDROSOLUBLES:
(solubles en agua), vitaminas B, se requieren diariamente en pequeñas
cantidades, porque son excretadas con facilidad en la orina y los almacenamientos
celulares de sus coenzimas son inestables.
· LIPOSOLUBLES:
también llamadas vitaminas lípidas, debido a que son solubles en grasas y
aceites como las vitaminas A, D, E, K, son almacenadas por los animales, y su ingestión
exagerada puede causar estados de toxicidad llamados hipervitaminosis.
Las
coenzimas más comunes se muestran en la tabla 3 junto con su papel metabólico y
su fuente vitamínica.
Tabla 3.- PRINCIPALES COENZIMAS
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Coenzima
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Fuente vitamínica
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Principales funciones metabólicas
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Función mecanicista
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Trifosfato de adenosina (ATP)
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--
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Transferencia de grupos fosforilo o nucleotidilo
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Cosustrato
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S-Adeniosilmetionina
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--
|
Transferencia de grupos metilo
|
Cosustrato
|
Uridina difosfato glucosa
|
--
|
Transferencia de grupos glicosilo
|
Cosustrato
|
Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+)
y fosfato de Nicotinamida adenina dinucleótido (NADP+)
|
Niacina
|
Reacciones de oxidación-reducción donde haya dos
transferencias de electrón.
|
Cosustrato
|
Flavina mononucleótido (FMN) y Flavina adenina dinucleótido
(FAD)
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Riboflavina (B2)
|
Reacciones de oxidación-reducción donde haya una
o dos transferencias de electrón.
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Grupo prostético
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Coenzima A (CoA)
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Pantotenato (B5)
|
Transferencia de grupos acilo
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Cosustrato
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Pirofosfato de tiamina (TPP)
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Tiamina (B1)
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Transferencia de fragmentos de dos carbonos que
contengan un grupo carbonilo
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Grupo prostético
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Fosfato de piridoxal (PLP)
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Piridoxina (B6)
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Transferencia de grupos desde aa y hacia estos.
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Grupo prostético
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Biotina
|
Biotina
|
Carboxilación de sustratos dependiente de ATP, o
transferencia de grupo carboxilo entre sustratos
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Grupo prostético
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Tetrahidrofolato
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Folato
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Transferencia de sustituyentes con un carbono, en
especial los grupos formilo e hidroximetilo; suministra el grupo metilo para
la timina en el ADN
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Cosustrato
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Adenosilcobalamina
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Cobalamina (B12)
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Reorganizaciones intramoleculares
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Grupo prostético
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Metilcobalamina
|
Cobalamina (B12)
|
Transferencia de grupos metilo
|
Grupo prostético
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Lipoamida
|
--
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Oxidación de un grupo hidroxiacilo del TPP y después
transferencia como grupo acilo
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Grupo prostético
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Retinal
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Vitamina A
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Visión
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Grupo prostético
|
Vitamina K
|
Vitamina K
|
Carboxilación de algunos residuos de glutamato
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Grupo prostético
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Ubiquinona (Q)
|
--
|
Portador de electrones solubles en lípidos
|
Cosustrato
|
Ejemplos de como actúan las coenzimas en las reacciones siguientes:
Bibliografía:
* Berg, J., Tymoczko, J., & Stryer, L. (2003). Bioquímica
(Quinta ed.). Barcelona: Reverté, S.A.Páginas 192-194
* Lehninger, A. (1995). Bioquímica: las bases
moleculares de la estructura y función celular (Segunda ed.). Barcelona:
Omega, S.A. Páginas 189-192
* Moran, L., Scrimgeur, K., Perry, M., Rawn, J., &
Horton, H. (2008). Principios de Bioquímica (Cuarta ed.). México:
Pearson Educación.Páginas 192-215
* Stryer, L. (2001). Bioquímica (Cuarta ed.).
Barcelona: Reverté, S.A. Páginas 181-186
http://www.genome.jp/kegg/pathway.html
Muuuuy bueno!
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