Oxidorreductasas

Característica general y principales subclases

Las enzimas de la clase de las oxidorreductasas se especializan exclusivamente en la catálisis de reacciones de oxidación-reducción. Dependiendo del mecanismo de acción, el tipo de grupos transferidos y la naturaleza del aceptor de electrones, dentro de esta amplia clase se distinguen varias subclases importantes. Las más significativas para la bioquímica clínica son las deshidrogenasas, las oxidasas y las oxigenasas (o hidroxilasas). Cada una de estas subclases tiene sus coenzimas específicas y reglas estrictas de interacción con los sustratos.

Subclase: Deshidrogenasas

Las deshidrogenasas catalizan reacciones de deshidrogenación, un proceso de eliminación de átomos de hidrógeno seguido de la transferencia de electrones desde el sustrato oxidado hacia un aceptor especializado.

Para su correcto funcionamiento, las deshidrogenasas requieren coenzimas que actúan como aceptores de electrones. Las principales coenzimas aquí son NAD⁺, NADP⁺, FAD y FMN.

Ejemplos típicos de enzimas de esta subclase:

• Malato deshidrogenasa
• Isocitrato deshidrogenasa
• Succinato deshidrogenasa
• Alfa-cetobutirato deshidrogenasa

Ejemplo de reacción: Deshidrogenación del malato. En esta reacción, el sustrato es el malato y el producto es el oxaloacético (ácido oxalacético). La reacción es catalizada por la enzima malato deshidrogenasa, mientras que la coenzima NAD⁺ se reduce y se convierte en NADH + H⁺.

Subclase: Oxidasas

A diferencia de las deshidrogenasas, las oxidasas catalizan reacciones de oxidación en las que el aceptor directo de electrones es el oxígeno molecular.

Un ejemplo clásico de esta enzima es la citocromo oxidasa, un componente vital de la cadena respiratoria mitocondrial. Cataliza la transferencia de electrones al oxígeno con la formación de agua.

Ecuación de la reacción catalizada por la citocromo oxidasa: $$O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$$

Subclase: Oxigenasas (hidroxilasas)

Las oxigenasas catalizan reacciones de oxidación mediante la incorporación directa de un átomo de oxígeno en el grupo hidroxilo de la molécula de sustrato. Esta reacción también se lleva a cabo con la participación obligatoria de oxígeno molecular ($O_2$).

El mecanismo de acción de las oxigenasas distribuye estrictamente los átomos de oxígeno:

1. Un átomo de oxígeno se une al sustrato (formando un grupo hidroxilo).
2. El segundo átomo de oxígeno participa en la formación de una molécula de agua.

Ejemplo de reacción: Hidroxilación de la fenilalanina. El sustrato es el aminoácido fenilalanina (Phe), que bajo la acción de la enzima fenilalanina hidroxilasa se convierte en tirosina (Tyr). El dadores de hidrógeno en esta compleja reacción es la coenzima tetrahidrobiopterina ($H_4BP$), la cual, durante el proceso, se oxida a dihidrobiopterina ($H_2BP$).

Relevancia clínica: relación con la vitamina PP

Comprender el funcionamiento de las oxidorreductasas tiene un valor clínico directo, especialmente en el contexto del metabolismo vitamínico. Se puede establecer una cadena lógica clara desde la clase de enzimas hasta una enfermedad específica:

1. Las oxidorreductasas catalizan procesos de oxidación-reducción.
2. Su subclase, las deshidrogenasas, lleva a cabo la eliminación de átomos de hidrógeno.
3. Para el funcionamiento de muchas deshidrogenasas es críticamente necesaria la coenzima NAD⁺ (nicotinamida adenina dinucleótido).
4. La molécula de NAD⁺ se sintetiza en el organismo a partir del ácido nicotínico: la vitamina PP (o vitamina B₃).
5. Ante la deficiencia de ácido nicotínico, se altera el funcionamiento del pool de deshidrogenasas, lo que se manifiesta clínicamente como una enfermedad grave: la pelagra.

La pelagra se caracteriza por una tríada específica de síntomas: dermatitis, diarrea y demencia. Es importante distinguirla de otras avitaminosis (por ejemplo, el escorbuto por déficit de vitamina C o la anemia megaloblástica por déficit de vitamina B₁₂/ácido fólico).

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Estructura y funciones de las coenzimas NAD+, NADP+, FAD, FMN
• El papel de la malato deshidrogenasa, isocitrato deshidrogenasa y succinato deshidrogenasa en el ciclo de Krebs
• La citocromo oxidasa como componente de la cadena respiratoria mitocondrial
• Mecanismo detallado de la hidroxilación de la fenilalanina y el ciclo de la tetrahidrobiopterina
• Patogenia bioquímica de la pelagra a nivel celular

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