Citocromos

Los citocromos son proteínas coenzimas que contienen hemo, cuyos átomos de Fe (III) sufren reducción reversible de electrón. 

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. 

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.

                                                                                            

Bibliografía

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Lubert Stryer, J. M. (2004). bioquimica . barcelona: quinta.

(HORTON, MORAN, SCRIMGEOUR, PERRY, & RAWN, 2008) Principios de Bioquímica. PEARSON.L

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 termo estables 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. 

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)

La coenzima Q es un derivado de la quinona con una larga cadena isoprenoide. El número de unidades de isopreno de cinco carbonos en la coenzima Q depende de la especie. En mamíferos la forma más común contienen 10 unidades  de isopreno (coenzima Q₁₀).

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. El gradiente de protones que resulta impulsa la síntesis de ATP.

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.

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 continuación, 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 energía como elementos constructivos carbonados.

 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.

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.

 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. 

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.

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.

Pirofosfato de tiamina

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.

Coenzima A

 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).

 EL COENZIMA A ES UN TRANSPORTADOR UNIVERSAL DE GRUPO ACILO

El coenzima A es otra molécula central del metabolismo. Lipmann descubrió, en 1945, que se requería un factor termoestable para muchas acetilaciones catalizadas por enzimas. A este factor se le denominó coenzima A (CoA), indicando la A la acetilación. Varios años más tarde se aisló el coenzima y se determinó su estructura (fig.17-10). El centro reactivo es el grupo sulfhidrilo terminal del CoA.

Los grupos acilo se unen al CoA mediante un enlace tioéster. El derivado resultante se denomina acil-CoA. Un grupo acilo que se une a menudo al CoA es la unidad acetilo; este derivado se llama acetil-CoA (acetilcoenzima A).

Los transformadores activados son un ejemplo del diseño modular y de la economía del metabolismo.

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

  

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

 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.