Origen y función en las enzimas
Las coenzimas nicotinamídicas se sintetizan en el organismo a partir de moléculas precursoras específicas. El principal bloque de construcción para su formación es la vitamina $PP$ (también conocida como niacina o vitamina $B_3$). Químicamente, los precursores son el ácido nicotínico y la nicotinamida.
En las reacciones bioquímicas, el NAD+ y el NADP+ no actúan por sí solos. Son coenzimas, las partes no proteicas de enzimas complejas pertenecientes a la clase de las oxidorreductasas. Más específicamente, forman parte de la subclase de las deshidrogenasas, enzimas que catalizan reacciones de eliminación de átomos de hidrógeno de un sustrato.
Mecanismo de acción: transferencia de electrones y protones
La tarea principal de las coenzimas nicotinamídicas es participar en la oxidación del sustrato. En este caso, el sustrato actúa como donante de protones (frecuentemente denotado en los esquemas con la letra $D$). El proceso sigue un mecanismo estrictamente definido:
- De la molécula del sustrato oxidado se escinden en total 2 protones ($2H^+$) y 2 electrones ($2e^-$).
- La coenzima (NAD+ o NADP+) no absorbe todas estas partículas. Solo se le unen 1 protón ($H^+$) y 2 electrones ($2e^-$). Esta combinación (un protón más dos electrones) se denomina ion hidruro.
- El segundo protón restante ($H^+$) no se une a la molécula de la coenzima, sino que se libera al medio circundante (en solución).
Es por ello que la forma reducida de la coenzima siempre se escribe con la adición de un protón libre: $NADH + H^+$ (o $NADPH + H^+$).
Reacción química y cambio estructural
La adición del ion hidruro provoca cambios significativos en la estructura de la parte activa de la coenzima: el anillo piridínico de la nicotinamida.
- Forma oxidada ($NAD^+$ / $NADP^+$): el anillo piridínico es aromático. Hay una carga positiva en el átomo de nitrógeno de este anillo.
- Forma reducida ($NADH$ / $NADPH$): se produce la reducción del anillo piridínico. Se pierde la aromaticidad de la molécula y el hidrógeno se une al carbono en posición para respecto al átomo de nitrógeno.
Esta transición entre los estados oxidado (aromático, cargado) y reducido (no aromático, descargado) es lo que confiere a las coenzimas la capacidad de transferir equivalentes de reducción en la célula.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuál es la diferencia bioquímica entre las funciones del NAD+ y el NADP+ en el metabolismo celular?
Las funciones de estas coenzimas difieren en la participación de sus formas oxidadas y reducidas en las reacciones metabólicas.
| Cofactor | Función |
|---|---|
| $NAD^+$ / $NADH$ | El $NAD^+$ participa en la oxidación de sustratos y se reduce a $NADH+H^+$. Durante la glucólisis, la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato genera $NADH+H^+$; en condiciones anaeróbicas, el $NADH$ se utiliza para reducir el piruvato a lactato con regeneración de $NAD^+$. El catabolismo del etanol requiere $NAD^+$ y aumenta la cantidad de $NADH$. |
| $NADP^+$ / $NADPH$ | El $NADP^+$ se reduce a $NADPH+H^+$ en la fase oxidativa de la vía de las pentosas fosfato. El $NADPH$ se utiliza como donante de hidrógeno en reacciones de reducción, incluida la síntesis de ácidos grasos y colesterol, participa en reacciones de hidroxilación en la detoxificación de xenobióticos, la reducción del glutatión y la formación de especies reactivas de oxígeno durante el estallido respiratorio. |
¿Qué ejemplos existen de deshidrogenasas dependientes de NAD?
Ejemplos de deshidrogenasas dependientes de NAD según las fuentes:
- 3-Fosfoglicerato deshidrogenasa: cataliza la conversión de 3-fosfoglicerato en 3-fosfohidroxipiruvato; simultáneamente, el $NAD^+$ se reduce a $NADH+H^+$.
- Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa: oxida el gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato; el producto de la reacción es $NADH+H^+$.
- Lactato deshidrogenasa: cataliza la reacción: piruvato + $NADH+H^+$ ⇄ lactato + $NAD^+$.
- Alcohol deshidrogenasa: enzima del metabolismo del etanol; se requiere $NAD^+$ para la oxidación del etanol.
¿En qué rutas metabólicas específicas se produce la formación de NADPH?
La formación de NADPH ocurre durante varias rutas metabólicas y reacciones específicas.
- Vía de las pentosas fosfato: fase oxidativa (reacciones catalizadas por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y la 6-fosfogluconato deshidrogenasa).
- Conversión de malato en piruvato: descarboxilación del malato mediada por la enzima málica.
- Oxidación de isocitrato: reacción catalizada por la isocitrato deshidrogenasa citosólica.
Es fácil recordar la distribución del hidrógeno: el sustrato entrega el «paquete completo» (2 protones y 2 electrones), pero la coenzima toma para sí el ion hidruro (1 protón + 2 electrones) y simplemente «desecha» el protón restante al medio. De ahí la notación: NADH + H+.
Preguntas de clases y exámenes
¿A partir de qué vitamina se forman el NAD+ y el NADP+?
Su precursor es la vitamina PP (niacina, vitamina B3) en forma de ácido nicotínico o nicotinamida.
¿Qué enzimas contienen coenzimas nicotinamídicas?
Actúan como parte de enzimas de la clase de las oxidorreductasas, específicamente de la subclase de las deshidrogenasas.
¿Cómo cambia la estructura del NAD+ durante la reducción?
Se produce la reducción del anillo piridínico de la nicotinamida: se pierde la aromaticidad y el hidrógeno se une en posición para respecto al átomo de nitrógeno.
¿Cuántos protones y electrones acepta la coenzima del sustrato?
La molécula de la coenzima acepta 1 protón y 2 electrones (ion hidruro). El segundo protón escindido del sustrato pasa al medio circundante.
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