Una coenzima es una molécula inorgánica u orgánica pequeña necesaria para la actividad de una enzima. Una coenzima es un cofactor.
La evolución ha producido un conjunto espectacular de proteínas catalizadoras, pero el repertorio catalítico de un organismo no se limita por la reactividad de grupos suministrados por los residuos de aminoácido en las enzimas. Hay otras especies químicas, llamadas cofactores, que participan con frecuencia en la catálisis. Las apoenzimas (sólo proteínas) inactivas requieren de los cofactores para convertirse en holoenzimas activas. Hay dos tipos de cofactores: los iones esenciales (principalmente iones metálicos) y los compuestos orgánicos llamados coenzimas . Los cofactores, tanto inorgánicos como orgánicos, se transforman en partes esenciales de los sitios activos de ciertas enzimas.
Muchos de los minerales que necesitan todos los organismos son esenciales porque son cofactores. Algunos iones esenciales, llamados iones activadores, están unidos en forma reversible, y con frecuencia participan en el enlazamiento de los sustratos. En contraste, algunos cationes están fuertemente unidos, y a menudo participan en forma directa en reacciones catalíticas.
Los tipos de cofactores se pueden distinguir además de su
naturaleza por la fuerza de interacción con su apoenzima
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Muchas enzimas requieren cationes inorgánicos
Más de la cuarta parte de todas las enzimas conocidas requieren cationes metálicos para tener actividad catalítica total. Estas enzimas se pueden dividir en dos grupos: enzimas activadas por metal y metaloenzimas. Las enzimas activadas por metal tienen necesidad absoluta de iones metálicos adicionales, o son estimuladas por adición de iones metálicos. Algunas de esas enzimas requieren cationes monovalentes, como y otras necesitan cationes divalentes, como o Por ejemplo, las cinasas requieren iones magnesio para el complejo magnesio-ATP que usan como el sustrato donador de grupo fosforilo. El magnesio protege a los grupos fosfato, con carga negativa, del ATP, y los hace más susceptible al ataque nucleofílico (sección 10.6). Las metaloenzimas contienen iones metálicos firmemente unidos en sus sitios activos. Los iones que más se suelen encontrar en las metaloenzimas son de metales de transición como hierro y zinc, y con menos frecuencia cobre y cobalto.
Mecanismo de la anhidrasa carbónica
1.El ion zinc en el sitio activo
promueve la ionización de una
molécula de agua enlazada.
2.El ion hidroxilo que resulta ataca
al átomo de carbono y produce
bicarbonato, que es liberado de la
enzima.
Clasificación y características de la coenzimas
Cosustratos
Con frecuencia son sustratos en reacciones catalizadas porenzimas.
- Un cosustrato se altera durante la reacción y se disocia del sitio activo
- La estructura original del cosustrato se regenera en una reacciónbposterior, catalizada por la enzima. El cosustrato se recicla en la célula.
- Los cosustratos llevan y traen grupos metabólicos entre distintas reacciones catalizadas por enzimas.
Grupos prostéticos
Permanece unido a la enzima durante la reacción. Generalmente se unen de manera covalente a la enzima o puede estar unido por muchas interacciones débiles.
La mayoría de las especies pueden sintetizar sus coenzimas a partir de precursores simples.
vitaminas y sus enfermedades relacionadas por deficiencia
Puede sobrevenir una enfermedad por deficiencia nutricional cuando una vitamina
es deficiente o esta ausente en la dieta de un animal
NAD y NADP
Fueron las primeras coenzimas que se conocieron. Ambas contienen nicotinamida, la amida del ácido nicotínico. El ácido nicotínico (llamado también niacina) es el factor que falta en la pelagra. Es esencial como precursor de NAD y NADP . (En muchas especies, el triptófano se degrada a ácido nicotínico. En consecuencia, el triptófano en la dieta puede suplir algo de los requisitos de niacina o nicotinamida). Como el ácido nicotínico es el derivado de piridina con 3-carboxilo, con frecuencia se llaman coenzimas nucleótidos de piridina a las coenzimas de nicotinamida. Las coenzimas de nicotinamida participan en muchas reacciones de oxidación-reducción. Ayudan en la transferencia de electrones hacia metabolitos y desde éstos. Las formas oxidadas, NAD y NADP , carecen de electrones, y las formas reducidas, y NADPH, tienen un par adicional de electrones en forma de un ion hidruro unido en forma covalente. Las dos coenzimas contienen un enlace fosfoanhídrido que une dos 5¿-nucleotidos: AMP y el ribonucleótido de la nicotinamida, llamado nicotinamida monucleótido
(NMN) (formado a partir del ácido nicotínico). En el caso del NADP, hay un grupo fosforilo en el átomo de oxígeno 2¿ del adenilato.
Nótese que el signo “+” en el NAD sólo indica que el átomo de nitrógeno tiene una carga positiva. Eso no quiere decir que toda la molécula tenga un ion con carga positiva; de hecho, tiene carga negativa debido a los fosfatos
Vitaminas y formas coenzimaticas
Vitaminas lipídicas
Las estructuras de las cuatro vitaminas lipídicas (A, D, E y K) contienen anillos y largas cadenas laterales alifáticas. Las vitaminas lipídicas son muy hidrofóbicas, aunque cada una posee cuando menos un grupo polar. Al ingerirse son absorbidas en el intestino por un proceso parecido a la absorción de otros nutrientes lípidos. Después de digerir toda la proteína que pueda estar unida a ellas, son arrastradas a la interfase celular del intestino en forma de micelas formadas con sales biliares. El estudio de esas
A. Vitamina A
La vitamina A, o retinol, es una molécula lipídica con 20 carbonos, que se obtiene en la dieta, ya sea en forma directa o indirecta, como b-caroteno. Las zanahorias y otras verduras amarillas son ricas en b-caroteno, un lípido vegetal con 40 carbonos cuya ruptura oxidante enzimática produce la vitamina A. La vitamina A existe en tres formas que difieren en estado de oxidación del grupo funcional terminal: el retinol, un alcohol estable, el retinal, un aldehído, y el ácido retinoico. Los tres compuestos tienen funciones biológicas importantes. El ácido retinoico es un compuesto señalador que se une a proteínas receptoras dentro de las células; los complejos ligando-receptor se unen entonces a cromosomas y pueden regular la expresión genética durante la diferenciación celular. El aldehído retinal es un compuesto sensible a la luz, con importante papel en la visión. El retinal es el grupo prostético de la proteína rodopsina, y la absorción de un fotón de luz en el retinal dispara un impulso nervioso.
B. Vitamina D
La vitamina D es un nombre colectivo de un grupo de lípidos relacionados. Cuando los humanos se exponen a suficiente luz solar, se forma vitamina D3 (colecalciferol) en forma no enzimática, en la piel, a partir del esteroide 7-dehidrocolesterol. La vitamina D2, compuesto relacionado con la vitamina D3 (la D2 tiene un grupo metilo adicional) es el aditivo en leches fortificadas. La forma activa de la vitamina D3, el 1,25-dihidroxicolecalciferol, se forma a partir de la vitamina D3 mediante dos reacciones de hidroxilación; la vitamina D2 se activa en forma parecida. Los compuestos activos son hormonas que ayudan a controlar la utilización de en los humanos; la vitamina D regula tanto la absorción intestinal del calcio, como su depósito en los huesos. En enfermedades por deficiencia de vitamina D, como raquitismo en niños y osteomalacia en adultos, los huesos son débiles, porque el fosfato de calcio no cristaliza bien sobre la matriz de colágeno en los huesos.
C. Vitamina E
La vitamina E, o a-tocoferol es uno de varios tocoferoles estrechamente relacionados; son compuestos que tienen un sistema anular bicíclico oxigenado, con una cadena lateral hidrofóbica. El grupo fenol de la vitamina E puede oxidarse y formar un radical libre estable. Se cree que la vitamina E funciona como agente reductor que secuestra oxígeno y radicales libres; esta acción oxidante podría evitar daños a los ácidos grasos en las membranas biológicas. Son raras las deficiencias de vitamina E, pero pueden
D. Vitamina K
La vitamina K (filoquinona) (figura 7.29) es una vitamina lipídica procedente de plantas, necesaria en la síntesis de algunas de las proteínas que intervienen en la coagulación sanguínea. Es una coenzima de una carboxilasa de mamíferos que cataliza la conversión de residuos específicos de glutamato para formar residuos de g-carboxiglutamato. La forma reducida (hidroquinona) de la vitamina K participa en la carboxilación como agente reductor. Cuando se enlaza calcio a los residuos de g-carboxiglutamato de las proteínas de coagulación, esas proteínas se adhieren a superficies de plaquetas, donde se llevan a cabo muchos pasos del proceso de coagulación. A veces se administran análogos de la vitamina K a individuos que padecen de coagulación excesiva. Los análogos son inhibidores competitivos de las enzimas que catalizan la regeneración de la dihidrovitamina K a partir de las especies oxidadas que se formaron durante la carboxilación del glutamato; los análogos hacen bajar la carboxilación (y en consecuencia la coagulación) porque limitan la cantidad de dihidrovitamina K.
Vitaminas Lipidicas
Actividades
1.En la oxidación de lactato a piruvato por la lactato deshidrogenasa (LDH), se reduce NAD en un proceso de transferencia de dos electrones a partir de lactato. Ya que del lactato también se eliminan dos protones ¿es correcto escribir que NADH2 es la forma reducida de la coenzima? Explique por
qué.
2.Un paciente que padece aciduria metilmalónica (altas concentraciones de ácido metilmalónico) tiene elevadas concentraciones de homocisteína y bajas de metionina en los glóbulos rojos y en los tejidos. Las concentraciones de ácido fólico son normales.
a) ¿De qué vitamina es probable que haya deficiencia?
b) ¿Cómo podría esta deficiencia producir los síntomas descritos anteriormente?
c) ¿Por qué es más probable que esta deficiencia vitamínica se presente en una persona que tenga una dieta vegetariana?
3.
a) La histamina se produce a partir de la histidina por la acción de una descarboxilasa. Dibuje la aldimina externa producida por la reacción de la histidina y del fosfato de piridoxal en el sitio activo de la histidina descarboxilasa.
b) Ya que la racemización de aminoácidos por enzimas dependientes de PLP procede vía la formación de base de Schiff, ¿la racemización de la L-histidina a D-histidina se produciría durante la reacción de la histidina descarboxilasa?
hola
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