Cofactores y coenzimas

Estructura de la enzima compleja y clasificación

De forma global, todos los cofactores se dividen en dos grandes grupos: inorgánicos (iones metálicos) y orgánicos (coenzimas).

Una enzima compleja funciona según un esquema estrictamente definido. Su estructura incluye varios componentes obligatorios:

• Apoenzima: la parte exclusivamente proteica. Por sí sola carece de actividad catalítica, es decir, en ausencia del cofactor la enzima no funciona.
• Coenzima (u otro cofactor): la parte no proteica, que se ubica en el centro activo.
• Holoenzima: es el complejo completo y catalíticamente activo ensamblado.

El proceso de activación se puede describir mediante una reacción de equilibrio: el cofactor se une a la apoenzima inactiva, dando lugar a la formación de la holoenzima funcional.

La unión entre la parte proteica y la no proteica es de dos tipos:

1. Temporal: la molécula se une a la apoenzima exclusivamente en el momento en que transcurre la reacción química.
2. Firme (covalente): la parte no proteica está unida a la proteína de forma permanente y muy segura. En este caso, recibe una denominación especial: grupo prostético.

Funciones de los iones metálicos

Los iones metálicos desempeñan el papel de cofactores y participan en el funcionamiento de las enzimas de cuatro formas principales:

1. Modificación de la conformación del sustrato. El metal interactúa con el sustrato, asegurando su interacción ideal (complementaria) con el centro activo de la proteína. Un ejemplo clásico es la situación en la que el sustrato no es una molécula pura, sino el complejo Mg²⁺—ATP.
2. Mantenimiento de la conformación nativa del centro activo. Los iones metálicos (como Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Mo²⁺) estabilizan el propio centro activo. Gracias a esto, se facilita la unión de la coenzima orgánica.
3. Estabilización de la estructura cuaternaria de la molécula proteica. Los metales ayudan a mantener la conformación compleja de toda la proteína. Por ejemplo, los iones de zinc son críticamente necesarios para estabilizar la enzima alcohol deshidrogenasa, que cataliza el proceso de oxidación del etanol.
4. Participación directa en la catálisis enzimática. Aquí los metales pueden actuar en dos direcciones. En primer lugar, llevan a cabo la catálisis electrófila (en esto participan los iones Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺). En segundo lugar, los metales de valencia variable participan en reacciones de óxido-reducción (redox), realizando la transferencia de electrones. Un claro ejemplo son los citocromos (proteínas que contienen hemo), donde el ión de hierro se une y cede constantemente un electrón según el esquema: $Fe^{2+} \rightleftarrows Fe^{3+} + e^-$.

Coenzimas orgánicas y tipos de reacciones

Las coenzimas son sustancias orgánicas complejas que más frecuentemente son derivados de vitaminas. Se localizan directamente en el centro activo de la enzima y participan de forma directa en el acto catalítico.

Las distintas coenzimas se especializan en tipos estrictamente definidos de transformaciones químicas.

Ejemplos de correspondencia entre coenzimas y reacciones químicas:

• Óxido-reducción (redox): en estos procesos participan tradicionalmente coenzimas como NAD⁺, FAD y NADP⁺.
• Carboxilación: las reacciones de adición del grupo carboxilo transcurren habitualmente con la participación obligatoria de la biotina.
• Transaminación, acilación y acetilación: para estos tipos de reacciones se requieren transportadores específicos de grupos químicos, entre los cuales figuran el piridoxal fosfato, la biotina y el NAD⁺ (dependiendo de la ruta específica).

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Mecanismos de catálisis electrófila con participación de iones de zinc y cobre
• Estructura y funciones de las proteínas que contienen hemo (citocromos)
• Las vitaminas como principales precursores de las coenzimas orgánicas
• El papel del complejo Mg²⁺—ATP en los procesos bioquímicos
• Mecanismo detallado de acción del piridoxal fosfato en la transaminación

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