Cofactores, vitaminas y antioxidantes

Transcripción

1 Cofactores, vitaminas y antioxidantes Definiciones La actividad de algunas enzimas depende solamente de su estructura peptídica, mientras que otras necesitan, además, uno o más componentes no proteicos, llamados cofactores. El cofactor puede ser un ion metálico o bien una molécula orgánica, llamada coenzima, aunque algunas enzimas requieren de ambos. El cofactor puede estar fuertemente unido a la proteína y recibe entonces el nombre de grupo prostético, o débilmente unido, por lo que en realidad actúa como un sustrato específico de la enzima (co-sustrato; suele ser una molécula orgánica o coenzima). El complejo enzima-cofactor catalíticamente activo recibe el nombre de holoenzima. Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por sí misma es inactiva, se designa con el nombre de apoenzima. HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR 1

2 Las coenzimas participan a menudo en la transferencia de electrones o de grupos funcionales. Generalmente son derivados de vitaminas, las cuales no pueden ser sintetizadas en las células de los organismos superiores, por lo que deben ser adquiridas en la dieta. Mecanismo de acción de los coenzimas La coenzima se une a una enzima La enzima capta su substrato específico La enzima ataca a dicho substrato, tomando algunos de sus átomos/electrones La enzima cede a la coenzima dichos átomos/electrones provenientes del substrato La coenzima acepta dichos átomos/electrones y se desprende de la enzima La coenzima no es el aceptor final de esos átomos/electrones, sino que debe liberarlos La coenzima transporta dichos átomos/electrones y acaba cediéndolos, recuperando así su capacidad para aceptar nuevos átomos. + 2

3 Cada coenzima está especializado en aceptar y transportar un tipo de átomos o grupo determinado; no obstante, las coenzimas no son específicos respecto a las enzimas a los que se unen, de modo que una misma coenzima puede unirse a un gran número de enzimas distintas y es por ello que el número de coenzimas diferentes es relativamente bajo. A diferencia de los enzimas, las coenzimas se modifican durante la reacción química; por ejemplo, el NAD+ se reduce a NADH cuando acepta dos electrones (y un protón) y por tanto se agota; cuando el NADH libera sus electrones se recupera el NAD+, que de nuevo puede actuar como coenzima. Coenzima A y -oxidación 3

4 Principales coenzimas Transferencia de electrones y protones FAD (flavín-adenín dinucleótido) FMN (flavín mononucleótido) NAD+(nicotín-adenín dinucleótido) NADP+ (nicotín-adenín dinucleótido fosfato) Transferencia de grupos acetil Coenzima A (ej.: en la descarboxilación del ácido pirúvico) Transferencia de electrones Coenzima Q Transferencia de grupos metilo o hidrógenos entre moléculas Coenzima B12 Transferencia de grupos aldehído TPP pirofosfato de tiamina (ej.: complejo piruvato deshidrogenasa) Otros PLP (fosfato de piridoxal): transferencia de grupos amino. PMP (fosfato de piridoxamina): transferencia de grupos amino. FH4 (ácido tetrahidrofólico): transferencia de grupos formilo, metenilo y metileno. Biocitina: transferencia de dióxido de carbono. Ácido lipoico: transferencia de hidrógenos, grupos acilo y metilamina. 4

5 5

6 TRANSPORTADORES DE ELECTRONES DE INTERÉS BIOLÓGICO: CENTROS REDOX Piridín nucleótidos: NAD + y NADP + Flavín nucleótidos: FMN y FAD Quinonas Metales y Centros metálicos Adenosina Coenzima A NAD+ y NADP+ FAD 6

7 Coenzima A (vitamina B5) Nicotinamida adenina dinucleótido NAD + NADP + 7

8 NAD + NAD + + 2e- + 2H + NADH + H + NADP + + 2e- + 2H + NADPH + H + 8

9 Flavin Adenine Dinucleótido 9

10 Quinona ciclohexanodionas dicetonas cíclicas dietilénicas derivadas de los hidrocarburos aromáticos 10

11 Flavín mononucleótido interconversión reversible entre la forma oxidada (FMN), semireducida (FMNH ) y reducida (FMNH2) El enzima peptidil-cisteína descarboxilasa, que posee una molécula de FMN en el centro de su estructura Centro de estructura Rossman fold El FAD está unido covalentemente a la enzima 11

12 Coenzima Q 12

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14 Coenzimas y vitaminas Vitamina B1 o tiamina: su derivado, el pirofosfato de tiamina es esencial para el metabolismo energético de los glúcidos. Vitamina B2 o riboflavina: sus derivados son nucleótidos coenzimáticos con gran poder reductor como el FAD y el FMN. Vitamina B3 o niacina: sus derivados son nucleótidos coenzimáticos con gran poder reductor como el NAD+ o el NADP+. Vitamina B5 o ácido pantoténico: su principal derivado es la coenzima A (Co-A), con gran importancia en diveros procesos metabólicos. Vitamina B6 o piridoxina. Sus principales derivados son los coenzimas PLP (fosfato de piridoxal) y PMP (fosfato de piridoxamina), esenciales en el metabolismo de los aminoácidos. Vitamina B7 o biotina (vitamina H). Su derivado, la biocitina, es esencial para el funcionamiento de numerosas carboxilasas (enzimas). Vitamina B9 o ácido fólico (vitamina M). Su derivado, el FH4 es esencial en la síntesis de purinas. Vitamina B12 o cianocobalamina: coenzima B12. Vitaminas E y K: químicamente similares al coenzima Q. 14

15 Vitamina B2 Riboflavina Los tres anillos forman la isoaloxacina y el ribitol es la cadena de 5 carbonos en la parte superior Vitamina B3 niacina Estructura química del ácido nicotínico y a nicotinamida 15

16 Antioxidante Cualquier molécula que cuando está presente en bajas concentraciones comparada con un sustrato oxidable (lípidos, proteínas, hidratos de carbono y ADN), retrasa o previene la oxidación del mismo. Scavengers El término scavenger se usa en inglés para designar a una persona que recolecta chatarra o desperdicios de cualquier tipo, y en el Reino unido para designar a los barrenderos. Significa carroñero o animal que consume formas de vida orgánicas ya muertas. 16

17 Antioxidantes Los antioxidantes son un conjunto heterogéneo de sustancias formado por vitaminas, minerales, pigmentos naturales y otros compuestos vegetales y enzimas, que bloquean el efecto nocivo de los radicales libres y especies reactivas. El término antioxidante significa que impide la oxidación perjudicial de otras sustancias químicas, ocasionada por desbalances metabólicos o factores exógenos como las radiaciones ionizantes. Determinados alimentos son ricos en antioxidantes. Fuente de antioxidantes Endógenos: las células producen naturalmente antioxidantes que favorecen al organismo en la defensa ante agresiones externas y el envejecimiento. El ejercicio moderado induce la formación de antioxidantes. De la dieta, sobre todo en los alimentos vegetales: frutas, legumbres, hortalizas y cereales integrales. Suplementos dietarios. Suplementación diaria vs. Alimentación variada y equilibrada Principales tipos de antioxidantes Vitamina C Vitamina E β-caroteno Flavonoides Selenio Zinc Licopeno Cobre Coenzima Q10 Enzimas (glutation peroxidasa, superóxido dismutasa y catalasas) 17

18 Algunos antioxidantes son utilizados como aditivos conservantes en los alimentos Catálogo de Antioxidantes E 300 Ácido ascórbico. E 301 Ascorbato sódico E 302 Ascorbato cálcico E 304 i Palmitato de ascorbilo E 304 ii Estearato de ascorbilo E 306 Extractos ricos en tocoferoles E 307 Alfa tocoferol E 308 Gamma tocoferol E 309 Delta tocoferol E 310 Galato de propilo E 311 Galato de octilo E 312 Galato de dodecilo E 315 Ácido eritorbico E 316 Eritorbato sódico E 320 Butilhidroxianisol, BHA E 321 Butilhidroxitolueno, BHT E 322 Lecitinas E 325 Lactato sódico E 326 Lactato potásico E 327 Lactato cálcico E 330 Ácido cítrico E 331 Citratos de sodio E 332 Citratos de potasio E 333 Citratos de calcio E 334 Ácido tartárico E 335 Tartratos de sodio E 336 Tartratos de potasio E 337 Tartrato de sodio y potasio E 338 Ácido ortofosfórico E 339 Ortofosfatos de sodio E 340 Ortofosfatos de potasio E 341 Ortofosfatos de calcio E 350 i Malato sódico E 350 ii Malato ácido de sodio E 351 Malatos de potasio E 352 Malatos de calcio E 352 i Malato cálcico E 352 ii Malato ácido de calcio E 353 Ácido metatartárico E 354 Tartrato cálcico E 355 Ácido adípico E 356 Adipato sódico E 357 Adipato potásico E 363 Ácido succínico E-372 c Éster cítrico de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos alimentarios E 375 Ácido nicotínico E 380 Citrato triamónico E 385 EDTA CaNa2 18

19 Tipos de antioxidantes 19

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21 Ácido ascórbico Ácido dehidroascórbico 1937 Nobel de química a W. Haworth (estructura) Nobel de medicina a A.von Szent-Gyorgyi Nagyrapolt (funciones ) Humanos carecen de la enzima L- gulonolactona oxidasa que participa en la Vía del Acido Urónico Ácido úrico Metabolito derivado de las purinas que contribuye en aproximadamente el 60% de la capacidad antioxidante total del suero 21

22 Glutatión (GSH) 22

23 Vitamina B1 Tiamina Es una molécula formada por un anillo de pirimidina y otro de tiazol. Su forma activa, el pirofosfato de tiamina (TPP) o difosfato de tiamina. 23

24 Tiamina pirofosfato La tiamina pirofosfato (TPP) o difosfato de tiamina, actúa como coenzima en el metabolismo de los hidratos de carbono, permitiendo metabolizar el ácido pirúvico o el ácido alfa-cetoglutárico. Además participa en la síntesis de sustancias que regulan el sistema nervioso. El TPP actúa como transportador transitorio de dichos grupos aldehido, que se unen al anillo de tiazol. El TPP es coenzima de muchas enzimas: complejo piruvato deshidrogenasa; complejo alfa-cetoglutarato deshidrogenasa. 24