LAS ENZIMAS

“LAS ENZIMAS”

 

Los cofactores enzimáticos son sustancias de diferente naturaleza química, que participan en las reacciones enzimàticas debido a que las enzimas no poseen en su estructura todos los grupos funcionales necesarios para llevar a cabo la catálisis de todas las reacciones metabólicas; los cofactores no son componentes obligados de todas las reacciones.
Los cofactores pueden ser iones inorgánicos que facilitan la unión enzima-sustrato o estabilizan la estructura tridimensional de la enzima, o constituyen por sí los centros catalíticos que ganan eficiencia y especificidad al unirse a las proteínas .
Las coenzimas son sustancias orgánicas que aún cuando pueden funcionar de formas muy variadas, lo más frecuente es que lo hagan como transportadores interenzimàticos o intraenzimàticos, muchas coenzimas son formas funcionales de las vitaminas.
Las vitaminas son sustancias químicas que deben ser ingeridas por el organismo para su normal crecimiento y desarrollo. Es un hecho comprobado que muchas vitaminas, especialmente las hidrosolubles, tienen importancia funcional por ser componentes de la estructura de las coenzimas, por ello muchas veces se habla de forma coenzimaticas de determinada vitamina. En la porción vitamínica de la coenzima en general radica el grupo funcional especifico de la coenzima, aquel que es transformado por la acción de la enzima, pero es necesario tener presente que no todas las vitaminas forman parte de coenzimas, ni todas las coenzimas contienen una vitamina en su estructura.

Piridìn nucleòtidos: Estas coenzimas presentan la nicotinamida, integrante del complejo vitamínico B como parte de su estructura. Existiendo dos formas coenzimàticas: El nicotinadenindinucleòtido (NAD+) y el nicotinadenindinucleòtido fosfatado( NADP+).Ambos participan en reacciones de oxidación-reducción catalizadas por deshidrogenasas.

Flavìn nucleòtidos: Las flavinas constituyen un grupo numeroso de sustancias en la naturaleza, la riboflavina, o vitamina B2, es la que forma parte de esta coenzima. Presentándose dos formas coenzimàticas: El flavinnononucleòtido (FMN) y el flavinadenindinucleòtido (FAD). Las dos formas participan en reacciones de oxidación-reducción catalizadas por deshidrogenasas y oxidasas.
Los flavìn nucleótidos funcionan con enzimas (flavoproteìnas) que sustraen dos átomos de hidrógeno de carbonos adyacentes, originando compuestos insaturados como en el caso de la succinato deshidrogenasa.
Los flavìn nucleótidos se encuentran generalmente como grupos prostéticos y actúan entre un sustrato y una coenzima o entre dos coenzimas.

Ácido lipoico: El ácido lipoico es también un componente del complejo vitamínico B
Su estructura es una cadena carbonada de 8 carbones, con dos grupos funcionales – SH y el grupo carboxilo que le permite unirse a la proteína enzimàtica para formar la estructura de la coenzima. Casi siempre se encuentra unido de forma covalente a la enzima por un enlace amida entre su grupo carboxilo y el grupo amino de la cadena lateral de una lisina (lipoamida); la parte funcional de la molécula está constituida por los grupos-SH que se reducen y oxidan de manera alternativa.
La unión coenzima-enzima hace que el grupo funcional (-SH) esté unido a una larga cadena carbonada que le permite gran movilidad, por lo que puede trasladarse grandes distancias dentro de la enzima.
La función metabólica de esta coenzima es participar en el complejo proceso de descarboxilaciòn oxidativa de alpha – cetoàcidos, como la reacción de conversión del alpha-cetaglutàrico en succinil-CoA.

Glutatiòn : El glutatiòn es un tripèptido que está distribuido de forma universal en los seres vivos.
2 Glutatiòn-SH
Gracias a la presencia de los grupos –SH, el glutatiòn funciona en reacciones redox. Esta coenzima es muy importante en los mecanismos involucrados en el mantenimiento de la estructura de las membranas celulares, especialmente en los eritrocitos, pues participan en los mecanismos de defensa contra el estrés oxidativo.

Porfirinas: Constituyen un grupo numeroso de sustancias de amplia distribución en la naturaleza, el representante de este grupo más abundante en la naturaleza es el grupo hemo. Estas coenzimas se unen a la enzima (hemoproteìnas) de forma diversa y pueden actuar en estado Fe3+, Fe2+ o alternando de una a otra, de esta última forma intervienen como coenzimas de oxidación-reducción, tal es el caso de los citocromos de la cadena transportadora de electrones.

Biotina: Constituye un compuesto esencial para el crecimiento y desarrollo de los seres humanos, encontrándose unido de forma covalente a la enzima mediante un enlace amida; participa en dos tipos de reacciones: La carboxilaciòn dependiente del ATP que resulta hidrolizado en ADP y Pi, como en la acetil-CoA carboxilasa.


Pirofosfato de tiamina: El pirofosfato de tiamina es la forma coenzimàtica de la tiamina o vitamina B1 ; en su estructura presenta un anillo de pirimidina sustituido, unido por un grupo de metilo a un anillo de tiazol también sustituido, unido a su vez a un grupo etilo al pirofosfato. La vitamina carece de pirofosfato.

Esta coenzima que está muy distribuida en la naturaleza, participa en tres tipos de reacciones:
1.-La descarboxilaciòn no oxidativa de alpha-ceto-ácidos.
2.-La descarboxilaciòn oxidativa de alpha-ceto-ácidos.
2.-La formación de alpha-cetoles.

Ácido tetrahidrofòlico: El ac tetrahidrofòlico (FH4) es la forma
coenzimàtica del ácido fólico, su estructura está formada por una pteridina, el ácido p-amino-benzoico y el ácido glutámico; pueden encontrarse formas que contienen hasta 7 moléculas de ácido glutámico unidas por enlaces isopeptìdicos, aquellos donde interviene el grupo carboxilo de la cadena lateral. La parte funcional de la molécula está representada por los nitrógenos que ocupan las posiciones 5 y 10, esta coenzima presenta múltiples formas interconvertibles.
S-Adenosil-Metionila: Esta coenzima se forma por la reacción entre la metionina y el ATP, dando como resultado una estructura que contiene un grupo metilo muy lábil y por tanto puede cederse fácilmente.

Coenzima A: La coenzima A es la màs sobresaliente de las coenzimas que en los

sistemas vivientes transfieren grupos acilos; su existencia universal y la gran variedad de reacciones en que intervienen sus derivados enfatizan su importancia. La estructura de la molécula es muy compleja y presenta numerosos grupos funcionales.
Entre estos grupos se destaca el ácido pantotènico (componente del complejo vitamínico B).

Fosfato de piridoxal: El fosfato de piridoxal es una de las coenzimas que intervienen en un mayor número de reacciones enzimàticas, casi todas relacionadas con el metabolismo de los aminoácidos; desde el punto de vista nutricional deriva de la piridoxina o vitamina B6.
Como vitamina B6 se reconocen al menos tres compuestos: Piridoxol, Piridoxal y Piridoxamina; las formas fosfatadas de los dos últimos presentan actividad coenzimatica.

Coenzima B12: (5-adenosil-cobalamina) esta coenzima es un derivado de la vitamina B12. Hasta el momento se ha podido comprobar la participación de la coenzima B12 en cuatro reacciones enzimàticas: malonil-CoA mutasa, glutamato mutasa, diol deshidrgenasa y la conversión de homocisteìna en metionina.

Nucleòsidos trifosfatado: La estructura de estos compuestos se conoce como precursores de los ácidos nucleicos, de ellos sólo a los ribonucleótidos se les conocen funciones coenzimàticas:

Adenosintrifosfato(ATP): El ATP participa en numerosas reacciones, sirve como fuente de energía, de elementos estructurales o ambas.

Guanosintrifosfato(GTP): Su función es menos generalizada que en el ATP, pues actúa casi siempre sirviendo de fuente de energía como en la reacción de la fosfoenolpirùvico-carboxiquinasa. Actúa como coenzima de transferencia de derivados de monosacáridos en la síntesis de glicoproteìnas.
Uridintrifosfato(UTP): Los nucleótidos de uridina intervienen como coenzimas que transfieren monosacáridos en forma de UDP-derivados, estos derivados se forman por la reacción entre el UTP con un monosacárido fosfatado.

Citidintrifosfato(CTP): Actúa de forma similar al UTP, pero transfiere grupos al nivel de oxidación de alcohol; interviene fundamentalmente en la formación de fosfàtidos de glicerina y esfingolìpidos, su forma coenzimàtica se origina por reacción del CTP con un ALCOHOL FOSFATADO.

                                        COFACTORES:

Algunas enzimas no precisan ningún componente adicional para mostrar una total actividad. Sin embargo, otras enzimas requieren la unión de moléculas no proteicas denominadas cofactores para poder ejercer su actividad.^[45] Los cofactores pueden ser compuestos inorgánicos, como los iones metálicos y los complejos ferrosulfurosos, o compuestos orgánicos, como la flavina o el grupo hemo. Los cofactores orgánicos pueden ser a su vez grupos prostéticos, que se unen fuertemente a la enzima, o coenzimas, que son liberados del sitio activo de la enzima durante la reacción. Las coenzimas incluyen compuestos como el NADH, el NADPH y el adenosín trifosfato. Estas moléculas transfieren grupos funcionales entre enzimas.^[46]

Un ejemplo de una enzima que contiene un cofactor es la anhidrasa carbónica, en la cual el zinc (cofactor) se mantiene unido al sitio activo, tal y como se muestra en la figura anterior (situada al inicio de la sección "Estructuras y mecanismos").^[47] Estas moléculas suelen encontrarse unidas al sitio activo y están implicadas en la catálisis. Por ejemplo, la flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones redox.

Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son denominadas apoenzimas o apoproteínas. Una apoenzima junto con cofactor(es) es denominada holoenzima (que es la forma activa). La mayoría de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas, pero sí lo hacen fuertemente. Sin embargo, los grupos prostéticos pueden estar covalentemente unidos, como en el caso de la tiamina pirofosfato en la enzima piruvato deshidrogenasa. El término "holoenzima" también puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen múltiples subunidades, como en el caso de la ADN polimerasa, donde la holoenzima es el complejo con todas las subunidades

COENZIMAS:

 

Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra.^[48] Algunos de estos compuestos, como la riboflavina, la tiamina y el ácido fólico son vitaminas (las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos químicos intercambiados incluyen el ion hidruro (H^-) transportado por NAD o NADP⁺, el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo transportado por la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil transportados por el ácido fólico y el grupo metil transportado por la S-Adenosil metionina.

Debido a que las coenzimas sufren una modificación química como consecuencia de la actividad enzimática, es útil considerar a las coenzimas como una clase especial de sustratos, o como segundos sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes. Por ejemplo, se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH.^[49]

Las coenzimas suelen estar continuamente regenerándose y sus concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de la célula: por ejemplo, el NADPH es regenerado a través de la ruta de las pentosas fosfato y la S-Adenosil metionina por medio de la metionina adenosiltransferasa. Esta regeneración continua significa que incluso pequeñas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente. Por ejemplo, el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada día.^[50]

                                 ENZIMAS ALOSTERICAS:

El modelo de Michaelis-Menten ayudó mucho al desarrollo de la química de las enzimas gracias a su simplicidad y aplicabilidad. Sin embargo, este modelo no explica las propiedades cinéticas de muchas enzimas. Un grupo de enzimas que no obedecen la cinética de Michaelis-Menten son las enzimas alostéricas, estas enzimas tienen varias subunidades y varios sitios activos.

En las enzimas alostéricas la unión de un sustrato a un sitio activo puede afectar las propiedades de otros sitios activos en la misma molécula. Un posible resultado de esta interacción entre subunidades es que la unión del sustrato resulte cooperativo, es decir que la unión del sustrato en un sitio activo facilita la unión de los otros sustratos en los sitios activos vecinos.

Además la actividad de una enzima alostérica puede ser alterada por moléculas regulatorias que se unan de manera reversible sitios sobre la proteína que se encuentren en sitios diferentes al sitio activos. Así, las propiedades catalíticas de las enzimas alostéricas pueden ajustarse para cumplir con las demandas inmediatas de la célula. Debido a ello las enzimas alostéricas son los puntos clave de regulación de las vías metabólicas.

Las enzimas reguladas por modificaciones no-covalentes son llamadas de alostéricas. Las mismas son encontradas en casi todas las vías metabólicas y generalmente está catalizando una reacción irreversible localizada en el inicio de la vía. En cuanto a su estructura, son oligoméricas o sea compuestas de varías cadenas polipeptídicas, cada una con una casa de campo activa. La conexión del substrato a la casa de campo activa de una de las subunidades afecta la conformación de las demás, facilitando la conexión de los demás substratos a casas de campo activas.

Las enzimas alostéricas son sensibles reguladores del metabolismo, porque al se conecten la determinados metabolitos celulares su actividad sufre grandes alteraciones. Estos metabolitos también pueden ser llamados de efetuadores o moduladores alostéricos, y pueden ser positivos (aumento de la velocidad de reacción) o negativos (reducción de la velocidad de reacción) de acuerdo con su efecto. Por lo tanto el moduladores alostéricos pueden tutear tanto como inhibidores como activadores de la reacción enzimática.

En la mayoría de las vías metabólicas es común que el producto final tuteé como modulador alostérico negativo de la enzima que cataliza las primeras reacciones de la vía. Por lo tanto cuando la concentración de este producto queda aumentada él va a actuar como un inhibidor alostérico, disminuyendo la velocidad de la vía y su propia producción. Este mecanismo es denominado inhibición por retroalimentación o feedback. Si el producto final comience a ser consumido y consecuentemente su concentración disminuya él va a dejar de inhibir la vía, haciendo con eso que la vía haya su velocidad aumenta.

 

                                                     Alostérica:

La mayoría de las enzimas alostéricas son proteínas con varias subunidades. La unión del sustrato a un protómero en una enzima alostérica afecta a las propiedades de unión de los protómeros adyacentes. La actividad de las enzimas alostéricas se ve afectada por moléculas efectoras que se unen a otros lugares denominados lugares alostéricos o reguladores. Las enzimas alostéricas generalmente catalizan pasos reguladores clave de las rutas bioquímicas.

Leer más:

http://www.monografias.com/trabajos85/enzimas-reguladoras-o-enzimas-alostericas/enzimas-reguladoras-o-enzimas-alostericas.shtml#ixzz2Kp8u3QPS

                          COMPLEJOS MULTIENZIMATICOS:

Definición: Sistemas de Enzimas que funcionan secuencialmente, catalizando reacciones consecutivas conectadas por intermediarios metabólicos comunes. Pueden implicar simplemente una transferencia moléculas de Agua o de átomos de Hidrógeno o estar asociadas a grandes estructuras supramoleculares, como la MITOCONDRIA o los Ribosomas.

Estos complejos multienzimaticos estan formados por la asociacion de multiples subunidades que forman tres enzimas diferentes que participan directamente en la reaccion, la cual require ademas 5 cofactores, algunos de los cuales estan unidos por enlaces covalentes a las proteinas de los complejos. Los cofactores necesarios para la reaccion global son: Pirofosfato de Tiamina (PPT), Acido Lipoico, Coenzima A, FAD y NAD.

Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa:

- Enzima 1(E1): Pyruvato deshidrogenasa (tambien llamada Piruvato Descarboxilasa)

Cofactor: PPT

- Enzima 2 (E2): Dihidrolipoil transacetilasa

Cofactores: Acido Lipoico, Co A

- Enzima 3 (E3): Dihidrolipoil deshidrogenasa

Cofactores: FAD, NAD

Complejo de la Alfa Ceto Glutarico deshidrogenasa:

-E1: Alfacetoglutarico Deshidrogenasa

Cofactor: TPP

-E2: Dihidrolipoil succinil transferasa

Cofactores: Acido Lipoico, Co A

-E3: Dihidrolipoil deshidrogenasa

Cofactores: FAD, NAD

Complejo de la Deshidrogenasa de alfa-cetoacidos de cadena ramificada: (participa fundamentalmente en la descarboxilacion oxidativa de cetoacidos provenientes del esqueleto carbonado de leucina, isoleucina y valina)

-E1: Deshidrogenasa de alfa-cetoacido de cadena ramificada (tambien conocida como descarboxilasa de alfa-cetoacido de cadena ramificada)

Cofactor: TPP

-E2: Dihidrolipoil transacilase (tambien llamada dihidrolipoil aciltransferasa)

Cofactores: Acido Lipoico, Co A

-E3: Dihidrolipoil deshidrogenasa

Cofactors: FAD, NAD

Estos complejos multienzimaticos son importantes desde el punto de vista medico en diversas situaciones: por ejemplo, la deficiencia de Piruvato deshidrogenasa, que es uno de los desordenes neurodegenerativos mas comunes asociados con trastornos en la bioenergetica mitocondrial, se debe a mutaciones en el gen que codifica a la Enzima 1.

Conocer la participacion de Tiamina (Vitamina B1) en estos complejos multienzimaticos nos permite comprender la necesidad de administrar Tiamina en el sindrome de Wernicke-Korsakoff y entender algunas de las manifestaciones clinicas del deficit de Tiamina.

Por otra parte, la presencia de Acido Lipoico en ellos nos permite entender por que el arsenico actua afectando a estos complejos multienzimaticos. El arsenico, sobre todo el arsenico trivalente, reacciona con los grupos tiols (R-SH) del acido lipoico impidiendo su participacion en reacciones redox, como las que ocurren en la oxidacion de alfa-cetoacidos. Ello explica efectos observados en el envenamiento por arsenico.

No puede dejar de mencionarse ademas, que mutaciones en E1 o en E2 del complejo multienzimatico que cataliza la descarboxilacion oxidativa de los cetoacidos de cadena ramificada, producen la Cetoaciduria de cadena ramificada o Enfermedad de la orina con olor a Jarabe de Arce (MSUD, Maple Syrup Urinary Disease, BCKD), enfermedad congenita caracterizada por vomitos, convulsiones y muerte temprana o severo retraso mental en los sobrevivientes.

                                       ISOENZIMAS:

Las isoenzimas son distintas formas moleculares de una misma enzima que presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato.

Las distintas formas moleculares de alcohol deshidrogenasa (ADH) se diferencian en la carga eléctrica neta, en el peso molecular o en ambas simultáneamente, pero todas ellas deshidrogenan el alcohol (sustrato) convirtiéndolo en aldehído. La principal característica de las isoenzimas es que deben tener la misma especificidad de sustrato.

 

La técnica que habitualmente se emplea para estudiar las isoenzimas es la electroforesis, que permite separar las moléculas por su diferente carga, tamaño o ambas bajo la acción de un campo eléctrico. Las alteraciones en la carga eléctrica neta se producen por sustitución de un aminoácido por otro de distinta polaridad, por ejemplo, cambio de un aminoácido ácido por otro básico o neutro.

Algunos autores opinan que solamente deben considerarse como isoenzimas aquellas formas moleculares que están presentes en el mismo órgano o tejido, que tienen un origen genético similar y actividades catalíticas muy similares. Las peroxidasas, las esterasas y las fosfatasas presentan distintas formas moleculares en el mismo órgano o tejido, pero tienen una amplia especificidad de sustrato, de manera que pueden transformar diferentes compuestos. Además, pueden tener diferentes orígenes y, por tanto, no se las considera como verdaderas isoenzimas.

La estructura cuaternaria activa de las isoenzimas puede ser fundamentalmente de tres tipos:

1.- Monómeros: isoenzimas que poseen una sola cadena polipeptídica como estructura cuaternaria activa.

2.- Dímeros: isoenzimas cuya estructura cuaternaria activa consiste en la unión de dos polipéptidos.

3.- Tetrámeros: la estructura cuaternaria activa de estas isoenzimas consta de cuatro polipéptidos.

Las isoenzimas diméricas y tetraméricas pueden estar formadas por subunidades o polipéptidos iguales o diferentes.

1.- Homodímeros: isoenzima formada por dos polipéptidos idénticos.

2.- Homotetrámero: isoenzima constituida por cuatro cadenas polipeptídicas iguales.

3.- Homopolímeros: isoenzimas formadas por múltiples cadenas polipeptídicas idénticas.

4.- Heterodímero: isoenzima constituida por dos polipéptidos diferentes.

5.- Heterotetrámero: tetrámero constituido por la unión de cuatro polipéptidos diferentes, pudiendo ser los cuatro distintos abdg, ser tres diferentes aabd, o tener dos tipos distintos aabb.

No se han descrito, hasta el momento, isoenzimas cuya estructura cuaternaria activa conste de tres cadenas polipeptídicas (trímeros).

Un término que se emplea con bastante frecuencia es el de Patrón Isoenzimático o Zimograma, conjunto de bandas pertenecientes al mismo sistema enzimático que se observan en el mismo individuo. Deseo destacar que he utilizado la palabra banda en vez de la de isoenzima para indicar que una banda que se observa en un gel, después de llevar a cabo una electroforesis, puede ser una sola isoenzima o la superposición de varias isoenzimas diferentes con igual migración electroforética.

Otro término usado con mucha frecuencia es el de Alozimas o Alelozimas, empleado para referirse a las distintas formas moleculares de una misma enzima producidas por distintos alelos del mismo locus. Naturalmente, el vocablo isoenzima es más amplio, ya que se incluye tanto a las diferentes formas moleculares de una misma enzima producidas por alelos de mismo locus, como a las producidas por alelos de distintos loci.

 

                                    Localizacion Subcelular :

Distintas isoenzimas muestran diferente localización subcelular, de forma que unas se encuentran en el citoplasma, otras en las mitocondrias, algunas en cloroplastos, otras en los glioxisomas, en peroxisomas, etc.

En los vegetales existen isoenzimas de Málico deshidrogenasa (MDH) que se encuentran en el citoplasma (citosólicas) e isoenzimas de MDH localizadas en la mitocondria. Las formas citosólicas y las mitocondriales están codificadas por genes nucleares. Una manera sencilla de averiguar la localización citosólica o mitocondrial de las isoenzimas de MDH en vegetales es comparar los patrones isoenzimáticos (zimogramas) de polen y de hoja. En polen no se observan las isoenzimas mitocondriales pero si las citosólicas, mientras que en hoja se observan ambas.

Es conveniente indicar que para las isoenzimas con estructura cuaternaria dimérica o tetramérica nunca se observan heterodímeros o heterotetrámeros entre las subunidades polipeptídicas de distinta localización subcelular. Por ejemplo, no se producen heterodímeros entra las cadenas polipeptídicas de localización citosólica y mitocondrial.

Por consiguiente, además de hacer mención al tejido u órgano en el que se detectan las isoenzimas, también es necesario tener en cuenta su localización subcelular.

En general, los trabajos publicados con isoenzimas suelen emplear dicho término de la forma más amplia posible, incluyendo los casos más dudosos como peroxidasas, esterasas y fosfatasas.

                                                                      Variabilidad :

Con las isoenzimas es posible al menos estudiar tres tipos de variabilidad genética:

1.- Variabilidad tisular: distintos tejidos u órganos de un mismo individuo muestran diferentes formas moleculares o distintas cantidades relativas de las mismas isoenzimas.

2.- Variabilidad ontogénica: un mismo tejido u órgano en distintos momentos del desarrollo muestra diferentes formar moleculares o distintas cantidades relativas de las mismas isoenzimas.

3.- Variabilidad poblacional: distintos individuos en el mismo tejido u órgano y en el mismo estado de desarrollo presentan diferentes isoenzimas.

Naturalmente, cuando se desea estudiar un tipo de variabilidad es necesario fijar las otras dos fuentes de variación.