TIPOS DE COENZIMAS Y VITAMNAS

TIPOS DE COENZIMAS Y VITAMINAS

Se describirán las principales vitaminas que se conocen en la actualidad la naturaleza de sus efectos biológicos, los coenzimas de los cuales las vitaminas son componentes esenciales, y se darán ejemplos de la función coenzimas en las reacciones metabólicos específicas catalizadas por los enzimas

TABLA. Vitaminas y sus formas coenzimaticas.

TIPO	COENZIMA O FORMA ACTIVA	FUNCION PROMOVIDA
HIDROSOLUBLES
Tiamina    Riboflavina       Acido nicotínico           Ácido pantotecnico   Piridoxina   Biotina Acido fólico   Vitamina B12 Ácido lipoico   Ácido ascórbico	Pirofosfato de tiamina (TPP) Flavin-mononucleotido(FMN) Flavin-adenina -dinucleótido(FAD) Dinucleotido de nicotidamina y de adenina(NAD) Dinucleotido de nicotidamina y de adenina fosfato (NADP) Coenzima A (CoA)   Fosfato de piridoxal   Biocitina Ácido tetrahidrofolico   Coenzima B12   Lipoil-lisina --------------	Transferencia  de grupo aldehído Transferencia de átomo de hidrogeno (electrón ) Transferencia de átomo de hidrogeno (electrón ) Transferencia de átomo de hidrogeno (electrón )   Dinucleotido de nicotidamina y de adenina fosfato (NAD) Transferencia de grupo acilo Transferencia de grupo amino Transferencia de carboxilo Transferencia de grupo monocarbon Desplazamiento de 1,2 átomos de hidrógeno y de grupo acilo Cofactor de hidroxilación
LIPOSOLUBLES
Vitamina A Vitamina D   Vitamina E Vitamina K	11-cis-retinal 1,25-dihidroxicolecalciferol   ----- -----	Ciclo visual metabolismo de calcio y del fosfato antioxidante biosíntesis de protrombina

La función coenzimatica  de todas las vitaminas hidrusolubles es razonablemente bien conocida con excepción de  la vitamina C.se necesitan  además otras varias sustancias hidrosolubles como factores de crecimiento para algunos organismos pero se encuentran en cantidades mayores que ellas; se incluyen en este grupo el inositol, la colina y la carnitina.

Las vitaminas liposulubles comprenden a las vitaminas A, D, E y K solamente los animales superiores parecen precisarlas de procedencia exógena; no se ha podido establecer todavía claramente el papel esencial de las vitaminas liposolubles en los vegetales y en el microorganismo. No parece que sirva  de componentes de los coenzimas, sin que actúan por otros caminos que precisan solamente cantidades mínimas de ellas.

La mayoría de las vitaminas hidrosolubles son componentes de coenzimas.

COENZIMAS DERIVADOS DE ALGUNAS VITAMINAS HIDROSOLUBLES
Vitaminas	Coenzimas derivados
Tiamina (vitamina B1)	Tiamina pirofosfato
Ribloflavina (vitamina B2	Flavina adenina dinucleótido y flavina mononucleótido
Nicotinato (niacina)	Nicotinamida adenina dinucleótido
Piridoxina, piridoxal y piridoxamina (vitamina B6)	Piridoxal fosfato
Pantotenato	Coenzima A
Biotina	Se una covalentemente a las caboxilasas
Folato	Tetrahidrofolato
Cobalamina (vitamina B12)	Coenzimas de cobamida

 

LAS VITAMINAS SON PRECURSORES DE COENZIMAS

El descubrimiento de que se necesitaban, para la buena nutrición otras sustancias de además de sales, proteínas, grasas y carbohidratos (sustancias que F. G. Hopkins llamo factores nutritivos accesorios y Casimir Funk, en 1911, bautizo con el nombre de vitaminas impulso a los investigadores a buscar la función de estas sustancias en el metabolismo, para cerciorarse de el motivo de que debiesen figurar en la alimentación de ciertos organismos. Actualmente se acepta que estas sustancias son necesarias para el metabolismo de todos los organismos, bacterias, plantas verdes, hongos y animales. Sin embargo, muchos seres pueden sintetizar la cantidad necesaria de estas sustancias, los qe no pueden sintetizarla necesariamente deben obtenerlas con su alimentación. Ya se conoce la función específica de muchas de estas vitaminas en el metabolismo en cada caso se sabe que forman parte de una molécula mayor que funciona como coenzima, la cual, con la enzima y el sustrato, es absolutamente necesaria para alguna reacción particular. Las enfermedades por carencia (pelagra, escorbuto, raquitismo y beriberi), debidas a falta de vitaminas, son manifestaciones típicas del trastornó metabólico que abusado por la coenzima deficiente.

 

ALGUNOS TRANSPORTADORES ACTIVADOS DEL METABOLISMO
MOLÉCULA PORTADORA	GRUPO TRANSPORTADO EN FORMA ACTIVA
ATP	Fosforilo
NADH y NADPH	Electrones
FADH2	Electrones
FMNH2	Electrones
Coenzima A	Acilos
Lipoamida	Acilos
Tiamina Pirofosfato	Aldehídos
Biotina	CO2
Tetrahidrofolato	Fragmentos monocarbonados
S-adenosilmetionina	Metilo
Uridina difosfato glucosa	Glucosa
Citidina difosfato glucosa	Fosfatidato
Nucleósido trifosfato	Nucleótidos

 

 

NAD Y NADP

Las coenzimas de nicotinamida son nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) y el fostato de nicotinamida adenina dinucleótido (NADP), muy relacionado. Fueron ñas primeras coenzimas que se conocieron. Ambas contienen nicotinamida, la amida del acido nicotínico (figura 7.7). El ácido nicotínico (llamado también niacina) es el factor que falta en la pelagra. Es esencial como precursor del  NAFD 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 llama coenzimas nucleótidos de piridina a las coenzimas de nicotinamida.

 

 

Las coenzimas de nicotinamida participan en muchas reacciones de oxidación- reducción. Ayudan a la trasferencias de electrones hacia metabolitos y desde estos. Las formas oxidadas, NAD y NADP, carecen de electrones, y las formas reducidas, NDDH y NADPH, tienen un par adicional de electrones en forma de ion hidruro unido en forma covalente. Las estructuras de estas coenzimas se ven en la figura 7.8. Las dos coenzimas contienen un enlace fosfoanhídrido que une dos 5’-nucleotidos: AMP y el robonucleótido de la nicitinamida, llamado nicotinamida monucleótido (NMN)  (formado aparte del ácido nicotínico).En el caso del NADP, hay un grupo fosforilo en el átomo de oxígeno 2’ del adenilato.

En la forma oxidada de la coenzima (NAD Y NADP), al nitrógeno de la nicotinamida le falta uno de sus electrones. Sólo tienen cuatro electrones en la capa externa, y están compartidos con átomos adyacentes de carbono para formar un total de cuatro enlaces covalentes. (Cada enlace tiene un par de electrones, de modo que la capa externa del átomo de nitrógeno está llena con ocho electrones compartidos). Es la causa de  que la carga positiva se asocie normalmente al átomo de nitrógeno del anillo, como se ve en la figura 7.8. De hecho, la carga está distribuida sobre todo el anillo aromático.

 

En particular, el átomo de nitrógeno tiene cinco electrones en su capa externa. Dos de ellos En la forma reducida, el anillo aromático tiene su complemento de electrones normal y completo. (Representados con puntos en la figura 7.8)

Son un par libre de electrones. Los tres electrones participan en tres enlaces covalentes.

 

Casi siempre, el NAD y el NADP actúan como consustratos para deshidrogenasas. Las deshidrogenasas dependientes de nucleótidos de piridina catalizan la oxidación de sus sustratos, transfiriendo dos electrones y un proton en forma de un ion hidruro (H) al C-4 del grupo nicotinamida del NADH o NADPH, donde se ha formado un nuevo enlace C-H en el C-4 (un par de electrones) y  el electrón que antes estaba asociado al doble enlace del anillo se ha deslocalizado al átomo de nitrógeno del anillo. Así, la oxidación por nucleótidos de piridina (o la reducción, la reacción inversa) siempre se efectúa de dos en dos electrones.

Se dice que el NADH y el NADP, que son estables en soluciones que contienen oxígeno, tiene poder reductor (es decir, son reductores biológicos). La estabilidad de los nucleótidos de piridina reducidos les permite llevar su poder reductor de una enzima a otra, propiedad que no comparten las coenzimas derivadas de riboflavina (sección 7.5). La mayor parte de las reacciones que forman NADH Y NADPH son catabólicas. La oxidación de NADH en las mitocondrias esta acoplada a la síntesis del ATP. La mayor parte del NADPH se usa como agente reductor en reacciones de biosíntesis.

 

FA D y   F MN

Las coenzimas flavina adenina dinucleótido (FAD) y flavina mononucleótido (FMN) se deriva de la riboflavina o vitamina B_2. La riboflavina es sintetizada por bacterias, protistas, hongos plantas, y algunos animales. Los mamíferos obtienen riboflavina de su alimento. La riboflavina está formada por ribitol, un alcohol con cinco carbonos unidos al átomo N-10 de un sistema de anillo heterociclo llamado isoaloxazina (figura 7.10a). Las coenzimas derivadas de la riboflavina se ven en la figura 10b. Igual que el NAD y el NADP, el FAD contiene AMP y un enlace de pirofosfato.

 

Las coenzimas de flavina reducida se pueden oxidar rápidamente en presencia de oxígeno. Como están firmemente unidas al grupo prostético, las apoenzimas protegen a las formas reducidas contra la reoxidación, que sería un desperdicio.

 

 

 

COENZIMA A

 

Muchos procesos metabólicos dependen de la coenzima A (CoA o HS-CoA), como la oxidación de moléculas de combustible y la biosíntesis de algunos carbohidratos y lípidos. Esta coenzima interviene en reacciones de transferencia de grupo acilo, donde los grupos metabólicos móviles son ácidos carboxílicos y ácidos grasos simples. La coenzimas A tiene dos componentes principales: una unidad de 2-mercaptoetilamina, que tiene un grupo – SH libre, la vitamina pantotenato- (vitamina B_5, una amida  de B-alanina y pantoato), y una mitad de ADP, cuyo grupo hidroxilo 3’ está esterificado con un tercer grupo fosfato (figura 7.12a)

 

COENZIMA DE FLAVINA

El dinucleotido de flavina y adenina o FAD, es una de las dos coenzimas derivadas de la vitamina B₂ o riboflavina. La otra es la más sencilla mononucleotido de flavina (FMN), o riboflavina fosfato. La parte funcionan de ambas coenzimas es el sistema del anillo de isoaloxazina, que actúa como aceptor de electrones. Los compuestos que contienen un anillo de este tipo se denominan flavinas. En la riboflavina y sus derivados, el sistema de anillo está unido al ribitol, una versión de cadena abierta de la ribosa, con el carbono aldehído reducido al nivel de alcohol. El carbono 5’ dl ribitol está ligado al fosfato en el  FMN, y el FAD es un derivado adenililado del FMN. Así pues estos compuestos son análogos en cierta medida al mononucleotido de nicotinamida y al NAD⁺ respetivamente.

Las enzimas que utilizan una coenzima de flavina se denominan flavoproteinas. El FMN y el FAD experimentan reacciones de transferencia de electrones prácticamente idénticas. Las enzimas flavoproteicas se unen preferentemente al FMN o al FAD. En unos pocos casos, esa unión es covalente. Sin embargo, en la mayor parte de los pasos, la flavina está unida de forma ajustada aunque no covalente, de modo que la coenzima puede disociarse reversiblemente de la holoenzima.

Como las coenzimas de la nicotinamida, las flavinas experimentan reacciones de oxidación y reducción de dos electrones. Sin embargo, las flavinas se diferencian por tener una especie estable reducida de un electrón, un radical libre de semiquinona.

e

COENZIMAS FOSFORILANTES

Ejemplo:

 

 

La respiración anaerobia es en realidad un proceso de desintegración, pero no de glucosa libre, sino de un derivado fosforilado de la misma. El primer paso en el metabolismo anaerobio incluye por consiguiente la conversión de la glucosa en su forma éster-fosfato. La coenzima fosforilante ATP, consiste de la unión química de la adenosina (adenina más ribosa) y tres fosfatos, la cual sirve en la transformación de la glucosa a su éster fosfato correspondiente. Reacción que se lleva a cabo por transferencia enzimática especifica del agrupamiento terminal fosfato del ATP  a glucosa para formar ADP y glucosa fosfato.²

 

La glucosa-fosfato es transformada en enzimáticamente a fructuosa-fosfato, la cual es fosforilada enzimáticamente por el ATP para formar fructuosa-disfosfato

7.7 Pirofosfato de tiamina

La tiamina (o vitamina B₁₎ contiene un anillo de pirimidina y un anillo de tiazolio con carga positiva (figura 7.14). En los mamíferos, la tiamina es una vitamina esencial. Abunda en las cáscaras de arroz y en otros cereales. La coenzima es el pirofosfato de tiamina (figura 7.14). También el TPP es una coenzima que interviene en la descarboxilación oxidante de a-cetoácidos distintos del piruvato. El anillo de tiazolio de la coenzima contiene al  centro reactivo.

FOSFATO DE PIRIDOXAL

La familia de vitamina B₆ hidrosoluble  consiste en tres moléculas estrechamente relacionadas que sólo difieren en el estado de oxidación o aminación en el carbono unido a la posición 4 del anillo de piridina (figura 16a). La vitamina B_6, con mayor frecuencia piridoxal o piridoxamina, se encuentra con facilidad en muchas fuentes vegetales y animales. Las deficiencias de B₆ inducidas en ratas causas dermatitis y diversas alteraciones relacionadas con el metabolismo de las proteínas, pero en realidad son raras las deficiencias de B₆  en humanos.

 

BIOTINA

La biotina es un grupo protestico para enzimas que catalizan reacciones de transferencia del grupo carboxilo y reacciones de acrboxilacion dependientes de ATP. La biotina está unida en forma covalente al sitio activo de su enzima anfitriona por un enlace de amida al grupo E-amino de un residuo de lisina (figura 7.19).

La reacción de piruvato carboxilasa demuestra el papel de la biotina como portador del dióxido de carbono (figura 7.20). En esta reacción dependiente  del ATP, el piruvato, el ácido de tres carbonos, reacciones con bicarbonato y forma el axaloacetato, acido de cuatro carbonos. Biotina, unida a enzimas, es el portador intermedio del grupo metabólico carboxilo, que es móvil. Todavía no se conoce el mecanismo con el que se carboxila la biotina.

 

TETRAHIDROFOLATO

La estructura de la coenzima folato, que se llama tetrahidrofolato en forma colectiva, difieren de la vitamina en dos cosas: son compuestos deducidos (5, 6, 7, 8-tetrahidropterinas) y están modificadas por adición de residuos de glutamato unidos entre sí mediante enlaces de ᵧ - glutamilamida (figura 7.21 c). La mitad anionica de poliglutamilo, en general con cinco a seis residuos de longitud, participa en el enlazamiento de las coenzimas a las enzimas. Cuando se usa el termino tetrahidrofolato se debe considerar que se refiere a compuestos que tienen colas de poliglutomato de diversas longitudes.

Otra coenzima de pterina, la 5, 6, 7, 8-tetrahidrobiopterina, tiene una cadena lateral de tres carbonos en el C-6 de la mitad de pterina, en vez de la gran cadena lateral que hay en el tetrahidrofolato (figura 7.23). Esta coenzima no se deriva de alguna vitamina, si no que los animales y otros organismos la sintetizan.

 

COBALAMINA

La cobalamina (vitamina B2) es la mayor de las vitaminas B, y fue la última que se aisló. La estructura de la cobalamina (figura 7.24a) tiene un sistema corrin anular que se asemeja al sistema anular de porfirina en el hemo (figura 4.39).

Algunas especies de bacterias sintetizan la cobalamina. Todos los animales la requieren como micronutrientes, y también algunas bacterias y algas. Las plantas no requieren cobalamina, por lo que no la sintetizan. En consecuencia, y en el caso normal, los humanos obtienen la vitamina B12 a partir de los alimentos de origen animal. Con frecuencia, los vegetarianos logran cantidades adecuadas producidas por microorganismos.

 

 

LIPOAMIDA

La coenzima lipoamida es la forma de ácido lipoico unida a proteína. Aunque a menudo se dice que el ácido lipoico en una vitamina B, parece que los animales pueden sintetizarlo. Lo requieren ciertas bacterias y protozoarios para crecer.

A continuacion, el grupo acilo se trasfiere al átomo de azufre de una molécula de coenzima A para generar la forma reducida (dihidrolipoamina) del grupo prostético.

Las acciones de las diversas coenzimas del complejo piruvato deshidrogenasa muestran como las coenzimas, al proporcionar grupos reactivos que aumentan la versatilidad catalítica de las proteínas, se usan para conservar tanto la energia como elementos constructivos carbonados.

 

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.

 

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 β-caroteno. Las zanahorias y otras verduras amarillas son ricas en β-caroteno, un lípido vegetal con 40 carbonos cuya ruptura oxidante enzimática produce la vitamina A (figura 7.27). 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.

 

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. En una coenzima de una carboxilasa de mamíferos que cataliza la conversión de residuos específicos de glutomato para formar residuos de y-carboxiglutamat. La forma reducida (hidroquinona) de la vitamina  K  participa en la carboxilacion como agente reductor.

 

UBIQUINONA

La Ubiquinona llamada llamada también coenzima Q y en consecuencia se abrevia Q, en es una coenzima soluble en lípidos, sintetizada por casi todas las especies. Es una benzoquinona con cuatro sustituyentes, uno de los cuales es una larga cadena hidrofóbica (fig. 7.30a). Esta cadena, formada por 6 a 10 unidades por isoprenoides, permite que la Ubiquinona se disuelva en los lípidos de las membranas. En la membrana, la Ubiquinona transporta entre complejos enzimáticos embebidos en la membrana. Algunas bacterias usan menaquinona en vez de Ubiquinona. Un análogo de la Ubiquinona, llamado plastoquinona (fig. 7.30b) desempeña una función similar en el transporte fotosintético de cloroplastos (capitulo 15).

La Ubiquinona es un agente oxidante más enérgico que NAD o que las coenzimas de la flavina. En consecuencia, lo pueden reducir NADH o FADH_2-. Igual que el FMN y el FAD, la Ubiquinona puede aceptar o donar dos electrones, uno o dos al mismo tiempo, porque tiene tres estados de oxidación: Q oxidado, radical libre de semiquinona parcialmente reducida y totalmente reducida QH_2-, llamada ubiquinol (fig. 31). La coenzima Q tiene un papel principal en el transporte de electrones asociado a la membrana. Es responsable de mover protones de uno a otro lado de la membrana, por un proceso llamado ciclo Q (capitulo 14). El gradiente de protones que resulta impulsa la síntesis de ATP.

 

Proteínas coenzimas

Algunas proteínas funcionan como coenzimas. No catalizan reaccionan ellas mismas, pero ciertas enzimas la necesitan. Estas coenzimas se llaman proteínas de transferencia de grupo, o proteínas coenzimas.  Contiene un grupo funcional que es parte de la columna vertebral de la proteína, o bien es un grupo prostético. En general son más pequeñas y más termoestables que la mayor parte de las enzimas. Las proteínas coenzimas se llaman coenzimas por que participan en muchas y diversas reacciones, y se asocian a una variedad de enzimas diferentes.

Algunas proteínas coenzimas participan en reacciones de transferencia de grupo, o en reacciones de oxidación-reducción donde el grupo transferido es Hidrogeno o un electrón. Los iones metálicos, grupos de hierro-azufre y grupos hemo son centros reactivos que suelen encontrar en estas coenzimas.

 

 CITOCROMOS

Los citocromos son proteínas coenzimas que contienen hemo, cuyos átomos de Fe (III) sufren reducción reversible de electrón. En las figuras 4.21 y 4.24b se mostraron algunas estructuras de citocromos. Los citocromos pueden ser de clase a, b y c, de acuerdo con sus espectros de absorción visible. Las clases tienen grupos hemo prostéticos un poco diferentes (figura 7.33). El grupo hemo de los citocromos tipo b es igual al de hemoglobina y mioglobina (figura 4.44). El hemo del citocromo a tiene una cadena hidrofóbica de 17 carbonos en el C-2 del anillo de porfirina, y un grupo formilo en el C-8, en tanto que el hemo tipo b tiene un grupo vinilo unido al C-2 y un grupo metilo en C-8. En los citocromos tipo c, el hemo está unido en forma covalente a la aproteina por grupos vinilo del hemo mediante dos enlaces tioéter que se forman por adición los grupos tiol de dos residuos de cisteína.

 

UTILIZACIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS DE ADENINA EN LA BIOSÍNTESIS DE COENZIMAS

Una función metabólica importante de los nucleótidos de purina es la que desempeñan en la síntesis de coenzimas, fundamentalmente las que contienen un grupo adenilato. Entre ellas se encuentran los nucleótidos de flavina, los nucleótidos de nicotinamida y la coenzima A, como se muestra en el siguiente resumen:

 

Bibliografía

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