Enzima: nomenclatura, naturaleza química y mecanismo

Enzima: nomenclatura, naturaleza química y mecanismo

Una de las funciones más importantes de las proteínas en las células vivas es actuar como enzimas.

La palabra "enzima" fue introducida por primera vez por Kuhne en 1878. Se deriva de la palabra griega original enzima (Gr. En-in, zyme-leaven), que significa "en levadura".

En 1896, Buchner logró extraer de las células de levadura una sustancia que era activa en la fermentación. Esta sustancia se llamó posteriormente zymase y representa una parte del sistema enzimático involucrado en la fermentación. En 1926, el profesor JB Sumner aisló de judías verdes, por medio de acetona, la enzima ureasa en forma cristalina.

Definición:

Una enzima puede definirse como un catalizador biológico complejo que es producido por un organismo vivo en sus células para regular los diversos procesos fisiológicos del cuerpo. Las enzimas funcionales fuera de las células vivas se llaman exoenzimas, por ejemplo, enzimas presentes en los jugos digestivos, lisozima de las lágrimas. Las enzimas funcionales dentro de las células vivas se conocen como endozimas, por ejemplo, enzimas del ciclo de Krebs, enzimas de la glucólisis, etc.

La sustancia sobre la que actúa una enzima se denomina "sustrato" y, en general, la enzima en sí recibe el nombre del sustrato agregando el sufijo "ase" al de sustrato. Así, por ejemplo, las proteasas son un grupo de enzimas que actúan sobre las proteínas, las lipasas son un grupo de enzimas que actúan sobre las sustancias lipídicas y maltasa es el nombre de la enzima que actúa sobre la maltosa.

A veces, el nombre de una enzima indica la naturaleza de la reacción que provoca. Por ejemplo, la invertasa que rompe la sacarosa en glucosa y fructosa produce una inversión (este es un proceso en el cual la materia prima que muestra un tipo de rotación óptica produce productos finales que muestran el tipo opuesto de rotación óptica).

Nomenclatura:

Un examen de la nomenclatura enzimática revela que, en muchos casos, es tanto inconsistente como engañoso. Tampoco faltan ejemplos en los que diferentes bioquímicos dieron nombres diferentes para la misma enzima. Esta anomalía ha sido eliminada por la Comisión Internacional de Enzimas en su informe de 1961.

La Comisión reconoció que cada enzima debería consistir en: (1) nombre del sustrato y (2) una palabra que termina en 'ase' que especifica un tipo de reacción catalítica como la deshidrogenasa succínica, la piruvato transaminasa. Esta nomenclatura es precisa y sistemática, aunque en algunos casos es larga y no tiene sentido. Es por esta razón que los nombres triviales se mantienen con la sanción oficial pero solo con referencia a sus nombres sistemáticos.

El sistema moderno de clasificación de enzimas fue introducido por la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) en 1961. Agrupa las enzimas en las siguientes seis categorías.

1. Oxidoreductasas:

Participan en reacciones de oxidación y reducción o transferencia de electrones. Las oxidorreductasas son de tres tipos: oxidasas, deshidrogenasas y reductasas, por ejemplo, citocromo oxidasa (oxida el citocromo), succinato deshidrogenasa, nitrato reductasa.

2. Transferasas:

Transfieren un grupo de una molécula a otra, por ejemplo, la transaminasa de glutamato-piruvato (transfiere el grupo amino de glutamato a piruvato durante la síntesis de alanina). La transferencia de grupos químicos no ocurre en el Estado Libre.

3. Hidrolasas:

Rompen las moléculas grandes en moléculas más pequeñas con la ayuda del hidrógeno y los grupos hidroxilo de las moléculas de agua. El fenómeno se llama hidrólisis. Las enzimas digestivas pertenecen a este grupo, por ejemplo, amilasa (hidrólisis del almidón), sacarosa y lactasa.

4. Lyases:

Las enzimas causan escisión, eliminación de grupos sin hidrólisis, adición de grupos a enlaces dobles o inversos, por ejemplo, histidina descarboxilasa (rompe histidina en histamina y CO 2 ), aldolasa (fructosa 1, 6 difosfato a dihidróxido de acetona y fosfato de gliceraldehído) ).

5. Isomerasas:

Las enzimas causan el reordenamiento de la estructura de la molécula para efectuar cambios isoméricos. Son de tres tipos, isomerasas (aldosa a cetosa, y viceversa, como la glucosa 6-fosfato a fructosa 6-fosfato), epimerasas (cambio en la posición de un componente o grupo de carbono como el fosfato de xilulosa al fosfato de ribulosa) y mutasas (cambio) la posición del grupo lateral como glucoses-fosfato a glucosa-l-fosfato).

6. Ligasas:

(Synthetases). Las enzimas catalizan la unión de dos productos químicos con la ayuda de la energía obtenida de ATP, por ejemplo, fosfenol piruvato PEP carboxilasa (combina fosfenol piruvato con dióxido de carbono formando oxaloacetato acompañado de hidrólisis de ATP).

El moderno sistema de nomenclatura de enzimas introducido por la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) contempla un método para dar cuatro números a cualquier enzima dada, el primer número que indica la clase principal en la que cae la enzima, el segundo y el tercero indican la subclase y las subclases respectivamente y el cuarto es el número de serie de la enzima en su subclase particular; Los cuatro números están separados por puntos.

Así, la deshidrogenasa málica recibe el número de comisión de la enzima (Ec. No. 1) 1.1.1.37. El primer 1 indica que la enzima es una Oxidorreductasa, el segundo 1 indica que la enzima actúa sobre el grupo de donantes CH-OH y el tercero 1 indica que en la reacción que promueve la enzima, NAD o NADP funciona como una molécula aceptora, 37 que El último número en el número de serie dado a esta enzima en particular es el grupo caracterizado por las propiedades que indica 1.1.1.

Naturaleza química de las enzimas:

Todas las enzimas son de naturaleza proteica (Sumner, 1926) con la excepción de las enzimas de ARN descubiertas recientemente. Algunas enzimas pueden contener además un grupo no proteico.

Sobre la base de las diferencias en la naturaleza química, las enzimas pueden describirse como sigue:

(i) Enzimas simples:

Algunas enzimas son proteínas simples, es decir, en la hidrólisis, solo producen aminoácidos. Las enzimas digestivas como la pepsina, la tripsina y la quimotripsina son de esta naturaleza.

(ii) Enzimas conjugadas:

Es una enzima que está formada por dos partes: una parte proteica llamada apoenzima (por ejemplo, flavoproteína) y una parte no proteica llamada cofactor. La enzima conjugada completa, que consiste en una apoenzima y un cofactor, se llama holoenzima.

Puede haber una actividad enzimática solo cuando ambos componentes (apoenzima y cofactor) están presentes juntos. El cofactor es a veces un ión metálico divalente simple (por ejemplo, £, Ca, Mg, Zn, Co, etc.) y, a veces, un compuesto orgánico no proteico. Sin embargo, algunas enzimas requieren ambos tipos de cofactores. Si el cofactor está firmemente unido a la apoenzima, se llama grupo protésico.

Por ejemplo, los citocromos son las enzimas que poseen porfirinas como sus grupos protésicos. Si, en lugar de estar más o menos unido permanentemente a la apoenzima, el cofactor se une a la apoenzima solo en el momento de la reacción, se llama coenzima.

(iii) Metalo-enzimas:

Los cofactores metálicos involucrados en las reacciones enzimáticas son los cationes tanto monovalentes (K + ) como divalentes (Mg ++, Mn ++, Cu ++ ). Estos pueden ser sostenidos libremente por la enzima, o como en algunos casos, entran en la composición de la molécula. Si el metal forma parte de la molécula, como es el hierro de la hemoglobina o el citocromo, las enzimas se denominan metaloenzimas.

(iv) Isoenzimas (Isozimas):

Hubo un tiempo en que se creía que un organismo tiene solo una enzima para un paso dado de una reacción metabólica. Más tarde se descubrió que un sustrato puede ser utilizado por varias variantes de una enzima que produce el mismo producto.

Las múltiples formas moleculares de una enzima que ocurren en el mismo organismo y que tienen una actividad de sustrato similar se denominan isoenzimas o isozimas. Se sabe que más de 100 enzimas tienen isoenzimas. Así, la a-amilasa del endospermo de trigo tiene 16 isozimas, la deshidrogenasa láctica tiene 5 isoenzimas en el hombre, mientras que la alcohol deshidrogenasa tiene 4 isozimas en el maíz. Las isoenzimas difieren en actividad óptima e inhibición.

La isozima más estudiada es la deshidrogenasa láctica (LDH), que se presenta en cinco formas posibles en los órganos de la mayoría de los vertebrados según lo observado por la separación electroforética en gel de almidón. Ocurren dos tipos básicamente diferentes de LDH. Un tipo, que es inhibido fuertemente por concentraciones relativamente bajas de piruvato, predomina en el corazón y se llama LDH del corazón.

El otro tipo, menos fácilmente inhibido por el piruvato, ocurre en muchos músculos esqueléticos y, por lo tanto, se denomina LDH muscular. El corazón LDH consta de 4 subunidades idénticas, que se llaman subunidades H. El músculo LDH consiste en 4 subunidades M idénticas. Los dos tipos de subunidades, H y M, tienen diferentes composiciones de aminoácidos, cinética enzimática y propiedades inmunológicas. Estas subunidades en diferentes combinaciones producen 5 isoenzimas.

Por lo tanto, son útiles para que el organismo se adapte a condiciones ambientales variadas.

Mecanismo de acción de la enzima:

La enzima promueve una reacción dada, pero permanece inalterada al final de la reacción. En 1913, Michaelis y Menten propusieron que se formara un complejo enzima-sustrato intermedio durante la actividad enzimática. El siguiente esquema puede ser escrito para ilustrar el concepto:

Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran la velocidad de reacción al alterar las propiedades cinéticas. Por lo tanto, la enzima (E) ejerce su función catalítica sobre el sustrato (S) formando un complejo de sustrato enzimático (ES) mediante una reacción reversible en la que K 1 es la constante de velocidad para la formación de ES, y K 2 es la velocidad Constante para la disociación de ES a E y S.

Después de la formación de ES, el sustrato (S) se convierte en los productos, lo que hace que la enzima (E) esté disponible para una combinación adicional con más sustrato. La tasa de conversión de ES a los productos de la reacción puede estar indicada por la constante K 3 .

Cada reacción catalizada por enzimas tiene un valor K m característico, que es la constante de Michalies-Menten, que es una medida de la tendencia de la enzima y el sustrato a combinarse entre sí.

De esta manera, el valor de K m es un índice de la afinidad de la enzima por su sustrato particular. A mayor afinidad de una enzima por su sustrato, menor es el valor de K m .

Las enzimas reducen la energía de activación:

La energía de activación es la cantidad mínima de energía que se requiere de una molécula para participar en una reacción. El efecto de las enzimas es disminuir los requisitos de energía de activación, promoviendo así tasas de reacción apreciables a temperaturas más bajas de lo que sería posible de otra manera.

Los sitios catalíticos:

Las enzimas son mucho más grandes en comparación con las moléculas de sustrato. Por lo tanto, en un sustrato de enzima, el sustrato está en contacto con solo un área muy pequeña de la superficie enzimática. Esta parte de la enzima que comprende residuos de aminoácidos y enlaces peptídicos que están en contacto físico con el sustrato pero que son esenciales para la actividad catalítica en conjunto, constituye un sitio activo, actualmente denominado sitio catalítico.

Excluyendo el sitio catalítico, el resto de la molécula enzimática puede ser necesario para mantener la correcta conformación tridimensional del sitio catalítico o puede estar allí sin ningún papel funcional.

La estructura de un sitio catalítico ha sido estudiada en algunas enzimas. Es una grieta en la enzima como en papaína y ribonucleasa o en un pozo profundo como en la anhidrasa carbónica. Cualquiera que sea la forma del sitio catalítico, se cree que el sustrato correcto se une con el sitio catalítico que produce un complejo de sitio catalítico-sustrato.

El término unión productiva se aplica a menudo a este complejo. En la unión productiva, tanto las enzimas como los sustratos muestran cambios conformacionales con una reducción en la energía de activación, de modo que el sustrato se convierte en un producto.

Teorías de la acción de la enzima:

1. Hipótesis de bloqueo y clave:

El complejo enzima-sustrato formulado por primera vez por Emil Fischer en aproximadamente 1884, asumió una unión rígida entre los dos. La porción de la enzima a la que se combina el sustrato (o sustratos) a medida que se convierte en un producto se denomina sitio activo.

Si el sitio activo fuera rígido y específico para un sustrato dado, la reversibilidad de la reacción no se produciría, porque la estructura del producto es diferente de la del sustrato y no encajaría bien.

2. Teoría del ajuste inducido:

En contraste con un sitio activo rígidamente dispuesto de Fischer, Daniel E. Koshland (1973) encontró evidencia de que el sitio activo de las enzimas puede inducirse mediante un acercamiento cercano del sustrato (o producto) a sufrir un cambio en la conformación que permita una mejor combinación entre los dos.

Esta idea ahora es ampliamente conocida como la teoría del ajuste inducido y se ilustra a continuación. Aparentemente, la estructura del sustrato también se cambia durante muchos casos de ajuste inducido, lo que permite un complejo de enzima-sustrato más funcional.

Propiedades de las enzimas:

1. La naturaleza catalítica de la enzima ya se ha discutido en detalle anteriormente.

2. Reversibilidad:

Teóricamente, todas las reacciones controladas por enzimas son reversibles. Sin embargo, la reversibilidad depende de los requerimientos de energía, la disponibilidad del reactivo, la concentración de los productos finales y el pH. Si el potencial químico de los reactivos es muy alto en comparación con el de los productos, la reacción podría proceder solo hacia la formación de productos, debido a la ley química de la acción masiva. La mayoría de las reacciones de descarboxilación e hidrolíticas son irreversibles.

La misma enzima facilita el movimiento hacia adelante y hacia atrás de una reacción si solo es posible termodinámicamente. Un ejemplo convincente se ve en las vías de la respiración y la fotosíntesis. Las enzimas de la glucólisis y la vía de fosfato de pentosa disuelven la glucosa. Algunas de estas enzimas funcionan en sentido inverso en la fotosíntesis y generan glucosa a partir del dióxido de carbono y el agua.

3. Sensibilidad al calor:

Todas las enzimas son sensibles al calor o termolábiles. La mayoría de las enzimas funcionan de manera óptima entre 25 ° -35 ° C. Se vuelven inactivos a temperaturas de congelación y se desnaturalizan a 50-55 ° C. Sin embargo, las algas térmicas y las bacterias son una excepción. Sus enzimas permanecen funcionales incluso a 80 ° C. Las enzimas de las semillas y las esporas tampoco se desnaturalizan a 60 ° -70 ° C.

4. Sensible al pH:

Cada enzima funciona a un pH particular, por ejemplo, pepsina (2 pH), sacarosa (4-5 pH), tripsina (8, 5 pH). Un cambio de pH hace que las enzimas sean ineficaces.

5. Especificidad de las acciones:

Las enzimas muestran especificidad hacia los sustratos sobre los que ejercen su función catalítica. Esta propiedad única de las enzimas se decide por: (1) la configuración estructural de la molécula de sustrato, (2) la conformación de la enzima y (3) los sitios activos o catalíticos en la enzima. La especificidad de sustrato de las enzimas es de dos tipos: especificidad de grupo y especificidad de estéreo.

Las enzimas generalmente muestran una especificidad de grupo, es decir, atacan solo un grupo de compuestos relacionados químicamente. La especificidad de grupo puede ser una especificidad de grupo relativa, en cuyo caso la enzima funciona en varios sustratos homólogos.

Por lo tanto, la hexocinasa transfiere el grupo fosfato de ATP a al menos 23 hexosas o sus derivados como glucosa, manosa, fructosa y glucosamina. Algunas de las enzimas específicas del grupo exhiben una especificidad de grupo absoluta, lo que significa que la enzima actúa solo en un solo compuesto y no en sus homólogos. Manosa, glucocinasa y fructoquinasa están involucradas en las fosforilaciones de las hexosas, manosa, glucosa y fructosa, respectivamente.

Las enzimas también muestran especificidad estéreo hacia el sustrato y se exhibe con isómeros ópticos y geométricos.

(i) Si la enzima muestra especificidad óptica, actúa sobre el isómero dextro (D) o laevo (L) de los compuestos. Por lo tanto, D. aminoacid oxidasa oxida solo D. aminoacidos y L. aminoacid oxidasas reaccionan solo con L. aminoacids.

(ii) La especificidad geométrica se muestra hacia los isómeros cis y trans. Los ácidos fumárico y málico son dos isómeros geométricos. La hidratasa fumárica actúa solo sobre el ácido fumárico isómero trans, pero no sobre el ácido málico isómero cis.

6. Inhibición de la enzima:

Las sustancias o compuestos que disminuyen la velocidad de una reacción catalizada por enzimas se conocen como inhibidores y el fenómeno se describe como inhibición de enzimas. Hay tres tipos de inhibiciones.

(i) Inhibición competitiva:

Cuando un compuesto compite con un sustrato para el sitio activo en la proteína enzimática y, por lo tanto, reduce la actividad catalítica de esa enzima, el compuesto se considera un inhibidor competitivo. La inhibición por tales análogos estructurales (llamados antimetabolitos), que se revierte simplemente agregando más sustrato a la mezcla de reacción, se conoce como inhibición competitiva.

Por ejemplo, la succinato deshidrogenasa oxida fácilmente el ácido succínico al ácido fumárico. Si se agregan concentraciones crecientes de ácido malónico, que se asemeja mucho a la estructura del ácido succínico, la actividad de la deshidrogenasa succínica disminuye considerablemente.

Ahora se puede revertir la inhibición aumentando a su vez la concentración del sustrato ácido succínico. La cantidad de inhibición en este tipo de inhibición está relacionada con (i) la concentración del inhibidor, (ii) la concentración del sustrato y las afinidades relativas del inhibidor y el sustrato. El efecto inhibitorio es reversible.

Se puede averiguar si un inhibidor es competitivo o no mediante la construcción de Lineiveaver-Burk Plot. Los inhibidores competitivos alteran K m de la enzima porque ocupan los sitios activos. Sin embargo, no alteran la velocidad máxima o máxima de la reacción.

(ii) Inhibición no competitiva:

El tipo de inhibición que no se puede revertir al aumentar la concentración del sustrato se llama inhibición no competitiva. El inhibidor se combina bastante fuertemente con un sitio en la enzima que no es el sitio activo y este efecto no se supera simplemente elevando la concentración del sustrato.

La cantidad de inhibición en este tipo de inhibición está relacionada con (a) la concentración del inhibidor y (b) la afinidad de los inhibidores por la enzima. La concentración de sustrato no tiene efecto en este sistema, y ​​los inhibidores no competitivos alteran la V max y no la K m de la enzima.

Cianuro, azida y metales pesados ​​como la plata, mercurio, plomo, etc. son algunos ejemplos de inhibidores no competitivos que se combinan con o destruyen grupos sulfhidrilo esenciales o el componente metálico de las enzimas.

(iii) Inhibición de la retroalimentación (producto final):

Cuando el producto final de una reacción sirve para prevenir la formación de uno de sus propios precursores al inhibir la acción de la enzima que cataliza la reacción misma, la inhibición se llama inhibición por retroalimentación.

La inhibición de la conversión de A a B por X sería tal inhibición. Aquí X, el producto final de la reacción, sirve para prevenir la formación de uno de sus propios precursores (B) al inhibir la acción de la enzima a 'que cataliza el cambio de A a B.

En este caso, la enzima 'a' puede denominarse marcapasos, ya que la secuencia completa está regulada de manera efectiva. Un ejemplo real es la formación de trifosfato de citidina (CTP) a partir de ácido aspártico y fosfato de carbamilo en E. coli.

A medida que se acumula una concentración crítica de CTP, el trifosfato ralentiza su propia formación al inhibir la enzima, aspartato transcarbamilasa (ATCase), que cataliza el paso del marcapasos de su propia síntesis. Cuando la concentración de trifosfato se reduce suficientemente por la utilización metabólica, se libera la inhibición y se renueva su síntesis.

Factores que afectan la acción de la enzima y la cinética de la enzima:

1. Concentración de la enzima:

La velocidad de una reacción bioquímica aumenta con el aumento de la concentración de enzima hasta un punto llamado punto de limitación o saturación. Más allá de esto, el aumento en la concentración de enzimas tiene poco efecto.

2. Concentración del sustrato:

El primer análisis matemático satisfactorio del efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de reacción de la reacción catalizada por enzimas fue realizado por Michaelis y Menten (1913). Con una concentración de enzima fija, un aumento de sustrato resultará al principio en un aumento muy rápido en la velocidad o velocidad de reacción.

Sin embargo, a medida que la concentración de sustrato continúa aumentando, el aumento en la velocidad de reacción comienza a disminuir hasta que, con una gran concentración de sustrato, no se observa ningún cambio adicional en la velocidad. La velocidad de la reacción obtenida a esta alta concentración de sustrato se define como la velocidad máxima (V m ) de la reacción catalizada por enzimas en las condiciones especificadas y la velocidad de reacción inicial obtenida con concentraciones de sustrato por debajo del nivel de saturación se llama V.

La concentración de sustrato requerida para producir la mitad de la velocidad máxima (V m / 2) se puede determinar fácilmente a partir de la figura anterior y es una constante importante en la cinética de la enzima. Define la constante de Michaelis o K m . En otras palabras, K se define como la concentración del sustrato cuando V = ½ V m - Bajo condiciones cuidadosamente definidas de temperatura, pH y fuerza iónica del tampón, esta constante K m se aproxima a la constante de disociación de un complejo enzima-sustrato. El recíproco de K m o 1 / K m, se aproxima a la afinidad de una enzima por su sustrato.

Cinética de la acción de la enzima:

La constante K de Michaelis es de gran importancia ya que proporciona el modo de acción de una enzima que cataliza una reacción. Debe observarse que a una baja concentración de sustrato, la relación de la velocidad con el sustrato es casi lineal y obedece a la cinética de primer orden, es decir, la velocidad de la reacción A-> B es directamente proporcional a la concentración del sustrato [A].

V = K '[A] bajo [sustrato]

Donde V es la velocidad observada de la reacción en la concentración [A] y K 'es la constante de velocidad específica. Sin embargo, a una alta concentración de sustrato, la velocidad de la reacción es máxima y es independiente del sustrato [A]; Por lo tanto, obedece a la cinética de orden cero.

V m = K 'saturante [Sustrato]

La ecuación de Michaelis-Menten que describe esta relación y también explica satisfactoriamente la curva, es la siguiente:

V = Vm [S] / K m + [S]

Donde V = velocidad de reacción inicial a la concentración de sustrato dada [S]

K m = Michaelis constante, moles / litro.

V m = Velocidad máxima a concentraciones de sustrato saturado

[S] = Concentración de sustrato en moles / litro

La determinación de K m de una reacción enzimática mediante la ecuación de Michaelis-Menten es difícil en la práctica. Un resultado de esta ecuación llamada Línea-tejedor-Burk se usa a menudo para tal determinación.

1. Temperatura:

Una enzima es activa dentro de un rango estrecho de temperatura. La temperatura a la que una enzima muestra su mayor actividad se llama temperatura óptima. La actividad de la enzima disminuye por encima y por debajo de esta temperatura. Como catalizadores, muestran una mayor reactividad con la temperatura, pero su naturaleza proteica los hace susceptibles a la desnaturalización térmica por encima de la temperatura óptima.

2. pH:

El pH al que se produce la actividad enzimática máxima varía considerablemente de una enzima a otra. Esto se conoce como el pH óptimo. Cualquier cambio menor en cualquier dirección tiende a disminuir considerablemente la actividad de la enzima. Dado que las enzimas son proteínas, los cambios de pH normalmente afectan el carácter iónico de los grupos amino y ácido carboxílico en la superficie de la proteína y, por lo tanto, afectan notablemente la naturaleza catalítica de una enzima.

3. Hidratación:

La enzima funciona al máximo bajo la actividad cinética mejorada del sustrato a medida que la fase continua es mayor. Es por eso que las semillas que tienen un bajo contenido de agua registran una actividad enzimática mínima, aunque los sustratos abundan en ellas. Sin embargo, en la germinación, la actividad enzimática aumenta considerablemente y esto se debe a la absorción de agua y la consiguiente promoción de la actividad cinética de las moléculas de sustrato.

Coenzimas

En la fisiología celular, muchas reacciones enzimáticas se completan en presencia de coenzimas. Estos son compuestos que funcionan como las enzimas, es decir, aceleran las reacciones biológicas, pero no son proteínas como las verdaderas enzimas.

Definición:

Una coenzima puede definirse como un tipo particular de cofactor, es decir, un compuesto orgánico no proteico, o una molécula portadora que funciona junto con una enzima particular.

Si el cofactor está firmemente unido a la apoenzima, se llama grupo protésico; y si, en lugar de unirse más o menos permanentemente a la apoenzima, el cofactor orgánico se adhiere a la proteína enzimática solo en el momento de la reacción, se denomina coenzima.

En los procesos celulares, a veces, los átomos de hidrógeno o los electrones se eliminan de un compuesto y se transfieren a otro. En todos estos casos, una enzima específica cataliza la eliminación, pero también debe estar presente una coenzima específica para llevar a cabo la transferencia. La coenzima se une temporalmente al grupo eliminado de átomos o lo acepta, y posteriormente puede entregarlo a otro compuesto aceptor.

Naturaleza química de las coenzimas:

La mayoría de las coenzimas son derivados químicos de los nucleótidos. Más específicamente, en la mayoría de las coenzimas, la porción de base nitrogenada de los nucleótidos se sustituye por otra unidad química. Esta unidad en sí misma suele ser un derivado de una vitamina particular. Las siguientes coenzimas son importantes en la fisiología celular.

(i) Derivados de flavina o nucleótidos de flavina (FMN y FAD)

(ii) Derivados de piridina o nucleótidos de piridina (NAD y NADP).

(iii) Coenzima A

(iv) Coenzima Q

(iv) citocromos

(vi) pirofosfato de tiamina

Aquí solo se describen dos coenzimas.

1. Nucleótidos de la flavina o flavoproteínas:

Un gran grupo de enzimas respiratorias utiliza como cofactor uno de los dos derivados de la riboflavina (vitamina B 2 ). Son el mononucleótido de flavina (FMN) y el nucleótido de adenina de flavina (FAD).

Estructura:

La riboflavina es un compuesto que consiste en una proteína ribosa y una porción de flavina, siendo esta última una estructura compleja de triple anillo. En las células, un grupo fosfato está vinculado a la riboflavina, lo que da como resultado un complejo similar a un nucleótido conocido como mononucleótido de flavina (FMN) o monofosfato de riboflavina. Si FMN se une a AMP, se forma un dinucleótido conocido como flavin adenina dinucleótido (FAD).

Funciones:

La combinación de FMN o FAD con una apoenzima se llama flavoproteína (FP). Las flavoproteínas catalizaron la eliminación del ion hidruro (H - ) y el ion hidratado (H + ) de un metabolito. En estas coenzimas, es la porción de flavina de la molécula la que proporciona el lugar específico para la unión temporal de hidrógeno.

FMN + MH 2 ——–> FADH 2 + M

FMN + MH 2 ——–> FMNH 2 + M

En esta reacción, MH representa un sustrato, FADH, es la forma reducida de FAD, y FMNH 2 es la forma reducida de FMN. Una fuente importante de hidrógeno para esta reacción es el reducido nucleótido de piridina.

H + + NADH + FAD ——–> NAD + + FADH 2

En todos los casos, las flavoproteínas reducidas pasan sus electrones a los citocromos.

2. Coenzima Q:

Esta enzima es una quinona, conocida como ubiquinona, y se encuentra principalmente en las mitocondrias, pero también en los microsomas y núcleos celulares, etc.

Estructura:

La coenzima Q o ubiquinona consiste en una quinona con una cadena lateral cuya longitud varía con la fuente de las mitocondrias. En la mayoría de los tejidos animales, la quinona posee 10 unidades de isoprenósidos en su cadena lateral y se llama coenzima Q 10 .

Función:

La coenzima Q es un componente necesario de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias. Sirve como un portador de hidrógeno adicional entre las coenzimas de flavina (FAD y FMN) y los citocromos.

Q + FADH 2 ——-> QH 2 + FAD

Reducido (QH 2 ) transfiere sus electrones al citocromo b en las mitocondrias.


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