Enzimas y vitaminas: estructura, cofactores y mecanismos de acción

Iván Gómez Martínez

TEMA-5: ENZIMAS Y VITAMINAS

En este tema 5 titulado "Enzimas y proteínas", vamos a ver:

• Introducción.
• Estructura de las enzimas.
• Cofactores y coenzimas.
• Vitaminas:
  • Vitaminas hidrosolubles:
    • B1.
    • B2.
    • B3.
    • B5.
    • B6.
    • B8.
    • B9.
    • B10.
    • B12.
    • Vitamina C.
  • Vitaminas liposolubles.
• Coenzimas importantes.
• Nomenclatura y clasificación de las enzimas.
• Mecanismos de acción de las enzimas.
• Factores que influyen en la actividad enzimática.
• Inhibición enzimática.
• Regulación enzimática.

INTRODUCCIÓN

Las enzimas se tratan de proteínas o asociaciones de proteínas y otras moléculas orgánicas que actúan catalizando las reacciones químicas disminuyendo así la energía de activación.

Por otro lado, en las reacciones exotérmicas donde se desprende calor (desprende calor porque las enzimas lo que hacen es romper), hay que suministrar energía ATP para alcanzar de esa manera el estado de transición.

Otro punto a tener en cuenta de las enzimas, es que no hacen factibles las reacciones imposibles, sino que solamente las van a acelerar.

En cuanto a la forma, la mayoría de enzimas son proteínas globulares a excepción de la ribomiza.

Finalmente, las enzimas no se transforman, sino que permanecen intactas, son altamente específicas y actúan a la temperatura del ser vivo.

1Iván Gómez Martínez

Enzima CAT 2 H2O2 Sustrato 2 H2O + O2 Productos

Figura 1: Imagen de una reacción catalizadora.

ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS

Según la estructura, vamos a encontrar 2 tipos (entender viendo figura 2):

• Enzimas proteicas: Cadenas polipeptidicas.
• Holoenzimas (Holenzima = Apoenzima + Cofactor o Apoenzima):
  • Apoenzima: Parte polipeptídica.
  • Parte NO polipeptídica:
    • Cofactor (inorgánico): Iones metálicos.
    • Coenzima (orgánico): Co-A, NAD, NADP, FAD y vitaminas.

Por otro lado, vamos a tener el cofactor donde en función de como este unido según la intensidad vamos a distinguir 2 grupos:

• Grupo prostético: Cofactor unido fuertemente a la apoenzima.
• Cosustrato: Cofactor unido muy débilmente a la apoenzima.

Finalmente, es la parte prostética o apoenzima la que va a determinar la especificidad, y, son las coenzimas las responsables de la actividad química de la enzima.

Sustrato Apoenzima (porción proteica) Cofactor o coenzima (porción no proteica) Holoenzima (toda la enzima)

Figura 2: Imagen de cómo se forma una holoenzima.

2Iván Gómez Martínez

COFACTORES Y COENZIMAS

Algunos de los cofactores y coenzimas más importantes son:

COFACTOR	ENZIMA
Cu	Citocromo oxidasa
Fe+2 y Fe+3	Citocromo oxidasa y catalasa
K	Piruvato quinasa
Mg	Quinasa
Se	Glutatión oxidasa
Zn	Alcohol deshidrogenasa

VITAMINAS

Las vitaminas son una serie de moléculas orgánicas de la naturaleza de estructura variada indispensables para el correcto funcionamiento

Por otro lado, se necesitan unas mínimas cantidades y no las sintetiza nuestro cuerpo por lo que necesitan ser ingeridas a través de alimentos al hacerlas solo las bacterias y las plantas.

Finalmente, según su solubilidad, vamos a encontrar 2 tipos de vitaminas:

• Vitaminas hidrosolubles:
  • Su exceso no provoca trastornos,
  • Actúan como:
    • Coenzimas.
    • Precursores de coenzimas.
    • 2 grupos:
      • Vitaminas B: B1-B12.
      • Vitamina c o acido ascorbico.
• Vitaminas liposolubles:
  • No suelen ser cofactores o precursores.
  • Vitaminas:
    • A: Retinol.
    • D: Calciferol.
    • E: Tocoferol.
    • K: Antihemorrágica.

3Iván Gómez Martínez

VITAMINAS HIDROSOLUBLES

En este apartado de las vitaminas vamos a ver los distintos grupos que existen con algunas de sus principales características al igual que las enfermedades que provocan por haber un déficit de las mismas siendo:

• B1 o tiamina.
• B2 o riboflavina.
• B3 o niacina.

B5 o ácido pantoténico.

• B6 o piridoxina.
• B8 o biotina.
• B9 o ácido fólico.
• B10 o ácido paraminobenzoico.
• B12 o metilcobalamina (octovite).
• Vitamina C o ácido ascórbico.

VITAMINA B1 O TIAMINA

Esta vitamina va a actuar como coenzima de las enzimas que transfieren grupos aldehídos provocando como consecuencia de su déficit la enfermedad del Beri-beri.

VITAMINA B2 O RIVOFLAVINA

Esta vitamina forma parte de las coenzimas FAD y FMN que actúan en:

• Ciclo de Krebs.
• Cadena respiratoria.

Finalmente, su déficit es raro.

4Iván Gómez Martínez

O Importante H3C N NH H3C N N O 1 CH2 H-OH H-OH H-OH CH2 OH

Figura 3: Imagen de la B2.

VITAMINA B3 O NIACINA

Esta vitamina forma parte de las coenzimas:

• NAD.
• NADP

Finalmente, su déficit provoca la enfermedad de la pelagra.

Z C=0 NH2 Nicotinamide

Figura 4: Imagen de la nicotinamida perteneciente a la B3.

5Iván Gómez Martínez

VITAMINA B5 O ÁCIDO PANTOTÉNICO

Esta vitamina forma parte de las coenzimas A.

H OH IZ V OH HO Importante H3C CH3 Ö

Figura 5: Imagen de la B5 o ácido pantoténico.

VITAMINA B6 O PIRIDOXINA

Esta vitamina, lo que va a hacer es actuar en la formación de la vitamina B3 (niacina) formando la coenzima de enzimas transferasas que intervienen en el metabolismo de los aa.

Finalmente, su déficit es raro.

VITAMINA B8 O BIOTINA

Esta vitamina es una coenzima de enzimas transferasas de grupos carboxilos, intervienen en el metabolismo de los ácidos grasos y su déficit es raro.

VITAMINA B9 O ÁCIDO FÓLICO

Esta vitamina se trata de una coenzima de enzimas transferasas de grupos monocarbonados y va a participar en la formación de:

• Purinas y pirimidinas.
• Eritropoyesis.

Otro punto importante es que en las embarazadas participa en la formación del tubo neural por lo que un déficit de ésta, provocara defectos en el mismo.

Finalmente, un déficit de dicha vitamina va a provocar anemia megaloblástica.

6Iván Gómez Martínez

VITAMINA B10 O ÁCIDO PARAMINOBENZOICO

La B10 se trata de un precursor de coenzimas de la síntesis de ADN y ARN que promueve la formación de hemoglobina y glóbulos tanto rojos como blancos.

Finalmente, su déficit provoca anemia.

VITAMINA B12 O METILCOBALAMINA

Esta vitamina es una coenzima de un gran número de enzimas transferasas de grupos metilo que junto al ácido fólico o B9:

• Actúan en la eritropoyesis.
• Su déficit provoca anemia megaloblástica.

Finalmente, la podemos encontrar en carnes rojas y de aves, huevos, leche y sus derivados, y, finalmente, en mariscos.

HẠN -0 HẠN 0 CH3 0 H3C NH2 HẠN CO N 0 CH3 CH3 NH2 H.C CH3 H.C 0 NH2 NH N CH3 0- p. HO N 0 H CH H H 0 H HO

Figura 6: Imagen de la vitamina B12 o metilcobalamina

7Iván Gómez Martínez

VITAMINA C O ÁCIDO ASCÓRBICO

Esta vitamina interviene en la síntesis de colágeno y noradrenalina donde un déficit provoca la enfermedad del escorbuto.

HO O O HO HO OH

Figura 7: Imagen de la estructura de la B9 o ácido ascórbico.

VITAMINAS LIPOSOLUBLES

Las vitaminas liposolubles se tratan de moléculas lipídicas cuyo exceso es difícil de eliminar.

Finalmente, destacan las vitaminas:

• A:
  • Se trata del retinol.
  • Protege los tejidos epiteliales como la piel y mucosas.
  • Necesaria para la vista.
• D:
  • Se trata del calciferol.
  • Es un esterol.
  • Se puede sintetizar, aunque para su formación es necesario la acción de los rayos UV en la piel.
• E:
  • Se trata del tocoferol.
  • Participa en la formación de:
    • Glóbulos rojos.
    • Formación de tejidos musculares.
  • Funciones principales:
    • Producción de hormonas masculinas.
    • Permitir la maduración tanto de óvulos como de espermatozoides.
• K:
  • Se trata de la vitamina antihemorrágica.
  • Actúa en la síntesis de protrombina.
  • Necesaria para la coagulación de la sangre.

8Iván Gómez Martínez

COENZIMAS IMPORTANTES

En este apartado de las coenzimas importantes que intervienen en reacciones vamos a encontrar 3 tipos:

• Hay transferencia de energía.
• Hay transferencia de electrones.
• Intervienen como transportadores de grupos acilos.

COENZIMAS QUE INTERVIENEN EN REACCIONES DONDE HAY TRANSFEERENCIA DE ENERGÍA

En este apartado destacan:

• ATP o Adenosín trifosfato (Adenosin-Tri-Fosfato).
• ADP o Adenosin difosfato (Adenosin-Di-Fosfato).

Adenina NH2 N Enlace fosfoanhídrido N Enlace fosfoéster O=0-0 O N P NO-PAVO- ·P 0 1 1 O- 0 - 0- H H H AMP OH O II Monofosfato de adenosina ADP Difosfato de adenosina ATP Trifosfato de adenosina

Figura 8: Imagen de la ATP y ADP.

9 - 0 N D-ribosa 1Iván Gómez Martínez

COENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LAS REACCIONES DONDE HAY TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

Destacan 3:

• NAD o Nicotinamida-Adenín-Dinucleótido.
• NADP o Nicotinamida-Adenin-Dinucleotido-Fosfato.

NH2 NH2 O Z O=P-O. o=P-O. - - ·O- OH OH NH2 0 OH OH NH2 N N N 11 1 N N N o=P-O o=P-O. -o O. O OH O OH OH -O-P-O O Nicotinamida, vitamina del complejo B, B3 NADP+ Importantes NAD+

Figura 9: Imagen de la NADP y NAD.

• FAD o Flavin-Adenín-Dinucleótido (lleva riboflavina el grupo fosfato del dinucleótido).

10 O O N N 1-OIván Gómez Martínez

NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

2 tipos de nomenclaturas:

• Nomenclatura histórica:
  • Sustrato + Sufijo asa.
  • Actividad + Sufijo asa
  • Sustrato + Actividad + Sufijo asa
  • Donador + Aceptor + Actividad + Sufijo asa
• Nomenclatura IUB:
  • 6 clases según la reacción que se catalice.
  • Números:
    • 1º: Clase de enzima.
    • 2º: Subclase.
    • 3º: Aspectos específicos de la reacción.
    • 4º: Número que ocupa la enzima dentro de la subclase.

Finalmente, en la tabla de a continuación vamos a ver las 6 clases de enzimas que existen con sus características y sus subclases.

CLASE	CARACTERÍSTICAS	SUBCLASE
Oxidorreductasas	Catalizan reacciones Redox	Catalasa
Trasnferasas	Transferencia de grupos de una molécula a otra (transfer de transferir)	Quinasas (Citoquinas).
Hidrolasas	Rompen enlaces porque se ha añadido agua	Peptidasa
Liasas	Rompen o forman moléculas sin que intervenga el agua	Descarboxilasa
Isomerasas	Catalizan reacciones de isomerización	Epimerasa
Ligasas	Catalizan formación de enlaces entre 2 moléculas de sustrato	Sintetasa

11Iván Gómez Martínez

MODO DE ACTUACIÓN DE LAS ENZIMAS

Lo primero de todo, toda enzima necesita:

• Centro activo.
• Energía de activación y cambios energéticos en una reacción exergónica.
• Complejo enzima-sustrato (E-S).
• Reacciones multisustrato.

CENTRO ACTIVO

El centro activo se trata nada más y nada menos que el complejo E+S que va a dar lugar a E+P con la siguiente formula E + S <> E + P

Por otro lado, en la ecuación escrita anteriormente es donde tiene lugar la reacción para la transformación.

En cuanto a sus características, algunas de ellas son:

• Se trata de una pequeña parte de la enzima.
• Tiene una determinada forma en 3D.
• Formada por:
  • Residuos de fijación que son los aa que intervienen en la unión del S.
  • Residuos catalizadores que son los aa que participan de forma activa provocando la ruptura de los enlaces.

E + S + - E-S ++[E-S]*++ E-P (activado) + P+ E TO SUSTRATO ENZIMA (Hexoquinasa) COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO ADP ENZIMA ATP + + Centro activo GLUCOSA-6- FOSFATO GLUCOSA 5 Formación del complejo enzima- sustrato Transformación del complejo E-S en E-P (enzima-productos) Liberación de los productos y de la enzima

Figura 10: Imagen del complejo E-S.

12