Coenzimas   y vitaminas

Hay otras especies químicas, llamadas cofactores, que participan con frecuencia en la catálisis. Las apoenzimas (sólo proteínas) inactivas requieren de los cofactores para convertirse en holoenzimas activas. Hay dos tipos de cofactores: los iones esenciales (principalmente iones metálicos) y los compuestos orgánicos llamados coenzimas.

Las coenzimas funcionan como reactivos de transferencia de grupos. Son específicas para los grupos químicos que aceptan y donan. Para algunas coenzimas, el grupo es hidrógeno o un electrón; otras coenzimas transportan grupos químicos mayores, unidos en forma covalente. Estos grupos metabólicos móviles están unidos en el centro reactivo de la coenzima.

Clasificación de las coenzimas

Se puede clasificar a las coenzimas en dos tipos, según la forma en que interactúan con la apoenzima (figura 7.1). Las coenzimas de un tipo, llamadas cosustratos, con frecuencia en realidad son sustratos en reacciones catalizadas por enzimas. Un cosustrato se altera durante la reacción y se disocia del sitio activo. La estructura original del cosustrato se regenera en una reacción posterior, catalizada por otra enzima.

El segundo tipo de coenzima se llama grupo prostético. Un grupo prostético permanece unido a la enzima durante la reacción. En algunos casos, el grupo prostético se une en forma covalente a su apoenzima, en tanto que en otros casos está firmemente unido al sitio activo por muchas interacciones débiles.

Las vitaminas hidrosolubles (solubles en agua) se requieren diariamente en pequeñas cantidades, son excretadas con facilidad en la orina y los almacenamientos celulares de sus coenzimas son inestables. Las

vitaminas hidrosolubles (solubles en agua) se requieren diariamente en pequeñas cantidades, porque son excretadas con facilidad en la orina y los almacenamientos celulares de sus coenzimas son inestables. Al revés, las vitaminas lípidas (solubles en grasas y aceites) como las vitaminas A, D, E y K, son almacenadas por los animales, y su ingestión exagerada puede causar estados de toxicidad llamados hipervitaminosis.

ATP y otros cosustratos nucleótidos

Hay varios trifosfatos nucleósidos que son coenzimas. Con mucho, el más abundante es el trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate).

La reacción más común donde interviene el ATP es la transferencia del grupo fosforilo. Por ejemplo, en reacciones catalizadas por cinasas, el grupo -fosforil del ATP se transfiere a un nucleófilo y queda ADP. La segunda reacción más común es la transferencia del grupo nucleotidilo (transferencia de la mitad de AMP), dejando pirofosfato El ATP tiene una función central en el metabolismo.

NAD⁺ NADP⁺

Las coenzimas de nicotinamida son nicotinamida adenina dinucleótido (NAD  )y el fosfato de nicotinamida adenina dinucleótido (NADP), muy relacionado. Fueron las primeras coenzimas que se conocieron. Ambas contienen nicotinamida, la amida del ácido nicotínico . El ácido nicotínico (llamado también niacina) es el factor que falta en la pelagra. (En muchas especies, el triptófano se degrada a ácido nicotínico. En consecuencia, el triptófano en la dieta puede suplir algo de los requisitos de niacina o nicotinamida). Como el ácido nicotínico es el derivado de piridina con 3-carboxilo, con frecuencia se llaman coenzimas nucleótidos de piridina a las coenzimas de nicotinamida

 

Las coenzimas de nicotinamida participan en muchas reacciones de oxidación-reducción.Ayudan en la transferencia de electrones hacia metabolitos y desde éstos. Las formas oxidadas, NAD⁺ y NAD⁺, carecen de electrones, y las formas reducidas, NADH y NADPH, tienen un par adicional de electrones en forma de un ion hidruro unido en forma covalente.

FAD y FMN

Las coenzimas flavina adenina dinucleótido (FAD) y flavina mononucleótido (FMN) se derivan de la riboflavina o vitamina B2. 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 unido al átomo N-10 de un sistema de anillo heterocíclico llamado isoaloxazina. Igual que el NAD⁺ y el NADP⁺, el FAD contiene AMP y un enlace de pirofosfato.

Muchas oxidorreductasas requieren FAD o FMN como grupo prostético. A esas enzimas se les llama flavoenzimas o flavoproteínas. El grupo prostético está unido muy firmemente, casi siempre en forma no covalente. 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.

La importancia de las vitaminas en la elaboración como  agentes terapéuticos:

• avitaminosis: rápido recobro con la vitamina adecuada
• ciertas condiciones hereditarias.
• Como suplementos dietéticos:
• Embarazo
• Cirugía mayor e infección: debido a mayor demanda metabólica debe administrarse vitamina C y complejo B

EJEMPLO DE FÁRMACO DEL COMPLEJO B

• 

fármaco

 

Vitamina E Natural  (Formatos 200UI  y 400 UI)

-La vitamina E de HealthAid contiene 200UI que suponen 134mg de vitamina E por cada capsula.

-La vitamina E de HealthAid contiene 400UI que suponen 268mg de vitamina E por cada capsula.

La vitamina E funciona como un potente antioxidante natural, que ayuda a combatir el daño de losradicales libres en el cuerpo.

También se utiliza para soportar nutrientes vitales, tales como vitamina A y ácidos grasos insaturados de daño oxidativo.
La oxidación de las células es un proceso conectado al envejecimiento celular, que puede traer daños al cuerpo.
La vitamina E puede ayudar a mantener un corazón sano, apoyar a las células rojas de la sangre y nutrir la piel. 

Estas cápsulas de vitamina E son aptas para vegetarianos y esta libre de gelatina.

-Puede ayudar a proteger las células de los daños de radicales libres 
-Protección contra la contaminación del aire, las toxinas y proteger la piel de las radiaciones ultravioleta y quemaduras de sol 
-Aumenta la vida de las células y el envejecimiento 
-Puede ayudar a estimular el sistema inmunológico frente a posibles infecciones 
-Puede ayudar a fortalecer los vasos sanguíneos y mejorar la circulación de la sangre 
-Puede ayudar a mejorar y mantener el tono de la piel 
-También aumenta la resistencia de los deportistas y atletas 
-Puede ayudar a mantener la salud del corazón 
-Importante para el buen funcionamiento de los glóbulos rojos y blancos

Las cápsulas de vitamina E HealthAid se pueden tomar a diario para la buena salud en general y para contrarrestar el daño de los radicales libres en el cuerpo

Modo de uso:

Como complemento alimenticio para adultos y jóvenes mayores de 12 años, una cápsula al día después de la comida. 
Si se requiere, puede incrementarse a dos cápsulas al día

Composición: 
-Cada capsula de Vitamina E natural,contiene 134 mg  de Vitamina E (200 UI, d-alfa tocoferol), lo que supone un 1340% de la cantidad diaria recomendada.

-Cada cápsula de Vitamina E Natural, contiene 268mg de Vitamina E (400 UI, d-alfa tocoferol)

Otros ingredientes:
Aceite de soja, almidón modificado, glicerina vegetal, carragenano, fosfato disódico

Mecanismos de las enzimas

El mecanismo de una reacción es una descripción detallada de los eventos moleculares atómicos e incluso subatómicos que suceden durante la reacción. Deben identificarse los reactivos, los productos y todos los compuestos intermedios.

Los mecanismos enzimáticos se representan con el mismo simbolismo que el usado en química orgánica para representar la ruptura y la formación de enlaces químicos. El movimiento de los electrones es la clave para comprender las reacciones químicas (y enzimáticas).

A.   Sustituciones nucleofílicas

Hay dos tipos de intermedios iónicos: unas especies son ricas en electrones o nucleofílicas, y otras especies son pobres en electrones, o electrofílicas. Por ejemplo, la transferencia de un grupo acilo se puede representar con el mecanismo general siguiente:

Otro tipo de sustitución nucleofílica consiste en el desplazamiento directo. En este mecanismo, el grupo o molécula atacante se adiciona a la cara del átomo central, opuesto al grupo saliente, y forma un estado de transición que tiene cinco grupos asociados al átomo central. Este estado de transición es inestable y de gran energía

A.   Reacciones de ruptura

reacciones de escisión o ruptura. Los enlaces covalentes se pueden

romper de dos maneras: dos electrones permanecen con un átomo, o un electrón puede permanecer con 

cada átomo enlazado.

A.   Reacciones de oxido-reducción

Oxidación es la pérdida de electrones:una sustancia que es oxidada tendrá menos electrones cuando se termine la reacción.

La reducción es la ganancia de electrones: una sustancia que gana electrones en una reacción es reducida.

Las reacciones de oxidación y reducción siempre suceden en forma simultánea.

Estabilización de estados de transición mediante catalizadores

Diagrama de energía para una reacción que tiene un compuesto intermedio. Este compuesto intermedio está en el mínimo entre los dos estados de transición. El paso que determina la velocidad en dirección de avance es la formación del primer estado de transición, que es el que tiene mayor energía de transición. S representa al sustrato y P representa al producto

Modos químicos de la catálisis enzimática

La formación de un complejo ES coloca a los reactivos en la cercanía de residuos de aminoácidos del sitio activo de la enzima. Las cadenas laterales  ionizables participan en dos clases de catálisis química: catálisis ácido-base y catálisis covalente. Son los dos modos químicos principales de catálisis.

  Residuos polares de aminoácidos en sitios activos

La cavidad del sitio activo en una enzima en general está cubierta con residuos hidrofóbicos de aminoácidos. Sin embargo, también en el sitio activo hay unos pocos residuos polares, ionizables (con algunas moléculas de agua). Los residuos polares de aminoácidos (o a veces coenzimas) tienen cambios químicos durante la catálisis enzimática. Esos residuos forman gran parte del centro catalítico de la enzima.

A.   Influencia del pH sobre las velocidades de reacción enzimática

El efecto del pH sobre la velocidad de reacción de una enzima puede indicar cuáles residuos ionizables de aminoácido están en su sitio activo. La sensibilidad al pH suele reflejar una alteración en el estado de ionización de uno o más residuos que participan en la catálisis, aunque a veces se afecta la unión con el sustrato.

Reacciones controladas por difusión

Una reacción que se produce con cada choque entre moléculas de reactivos se llama reacción controlada por difusión. Bajo condiciones fisiológicas, se ha calculado que la velocidad controlada por difusiones es de 10⁸ a 10⁹ M^–1 s^–1. La frecuencia de encuentros puede ser mayor si hay atracción electrostática entre los reactivos.

      Triosa fosfato isomerasa

La triosa fosfato isomerasa cataliza la interconversión rápida de la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y el gliceraldehído 3-fosfato(G3P) en las rutas de la glicólisis y la gluconeogénesis.

     Superóxido dismutasa

La superóxido dismutasa es un catalizador todavía más rápido que la triosa fosfato isomerasa.

La superóxido dismutasa cataliza la eliminación, muy rápida, del radical aniónsuperóxido, •O₂^_, que es un subproducto del metabolismo oxidante. La enzima cataliza la conversión de superóxido en oxígeno molecular y peróxido de hidrógeno, el cual se limina con rapidez por la acción subsecuente de enzimas, como la catalasa.

Lisozima

La lisozima cataliza la hidrólisis de algunos polisacáridos, en especial los que forman las paredes celulares de las bacterias.

Propiedades de las enzimas

Las enzimas son catalizadores biológicos selectivos de una eficiencia extraordinaria.

Un catalizador es una sustancia que acelera la llegada a un equilibrio. Un catalizador puede cambiar en forma temporal durante la reacción, pero no cambia en el proceso general, porque se recicla para participar en varias reacciones. las enzimas actúan como catalizadores.

Estas enzimas catalizan las reacciones de las rutas metabólicas centrales, necesarias para mantener la vida.

El papel principal de las enzimas es aumentar las velocidades de las  reacciones. En forma típica, las reacciones catalizadas por las enzimas son de 10³ a 10²⁰ veces más rápidas que las mismas sin catalizar.

Entonces podemos generalizar las propiedades de las enzimas:

AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

–De 10³ to 10²⁰veces vs sin enzima.

–Aún más rápido que los catalizadores químicos.

•CONDICIONES DE REACCIÓN

–Temperatura 25-40 ^oC (algunas hasta 75 ^oC)

–pH neutro (5-9), la mayoría 6.5 –7.5

–Presión atmosférica normal

•CAPACIDAD DE REGULACIÓN

–Por concentración de sustrato

–Por concentración de enzima

–Por inhibidores competitivos (semejantes al sustrato)

–Por inhibidores no competitivos (modificación covalente de la enzima)

–Por regulación alostérica

•ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN

–Interacción estereoespecífica con el sustrato

–No hay productos colaterales

Las cuatro propiedades principales de las enzimas: 1) pueden desempeñarse como catalizadores, 2) catalizan reacciones muy específicas, 3) pueden acoplar reacciones y 4) su actividad puede ser regulada.

Hay dos características importantes en la catálisis

1.-Las enzimas aumentan la velocidad de la reacción sin verse alteradas en el proceso, no se modificanen su actuación: E + S--------ES-------------E + P

2.-Las enzimas no modifican la constante de equilibrio  de la reacción.

Un comité de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB, de International Union of Biochemistry and Molecular Biology) mantiene un esquema de clasificación que asigna categorías a las enzimas de acuerdo con la clase general de reacción química orgánica que es catalizada. Las seis categorías son: oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas.

EL NOMBRE SISTEMÁTICO DE UN ENZIMA:

Consta actualmente de 3 partes:

•el sustrato preferente

•el tipo de reacción realizada

•terminación "asa"

Ejemplo: Identificación EC 5.3.1.1.

Nombre sistemático Triosa fosfato isomerasa

Donde: EC 5.3.1.1.

 - EC: enzima clasificación

- Primer digito representa la clase

- Segundo digito significa la subclase

- Tercer digito es la subsubclase o subgrupo

Factores que afectan la actividad de la Enzima

•pH            •Temperatura        •[Enzima]

•[Sustrato]       •Inhibidores

CINÉTICA ENZIMÁTICA

TEORÍAS PROPUESTAS PARA EXPLICAR LA ACCIÓN ENZIMÁTICA

1894 Fischer propuso la hipótesis de la llave-cerradura

1958 Koshland propuso el modelo del ajuste inducido

Las reacciones enzimáticas se ajustan a dos tipos de cinéticas, que son:

•Hipérbolas rectangulares: enzimas que 

siguen la cinética de Michaelis-Menten

•Sigmoidales: enzimas alostéricas que muestran fenómenos de cooperatividad

Los tipos básicos de inhibición reversible son:

En la inhibición competitiva, el inhibidor sólo se puede unir a moléculas de enzima libre que no estén unidas a sustrato alguno.

Cuando un inhibidor competitivo se une con una molécula de enzima, una molécula de sustrato no puede unirse a esa molécula de enzima. Al revés, la unión de sustrato y una molécula de enzima evita el enlazamiento de un inhibidor. En otras palabras, S e I compiten por unirse a la molécula de enzima.

En la inhibición acompetitiva disminuye la Vmáx (aumenta 1/Vmáx) por conversión de algunas moléculas de E en la forma inactiva ESI. Ya que es el complejo ES el que se enlaza con I y la disminución de Vmáx no se revierte por la adición de más sustrato.

También, los inhibidores acompetitivos hacen descender la Km (vista como un aumento del valor absoluto de 1/Km en una gráfica de doble recíproco) ya que los equilibrios de formación de ES y de ESI son desplazados hacia los complejos, por la unión de I.

 Inhibición no competitiva

Los inhibidores no competitivos se pueden unir a la E o al ES y formar complejos inactivos EI o ESI, respectivamente.

Esos inhibidores no son análogos del sustrato y no se enlazan en el mismo sitio que el S. El caso clásico de inhibición no competitiva se caracteriza por una disminución aparente de Vmáx (1/Vmáx parece aumentar) sin cambiar de la Km.

Un inhibidor enzimático irreversible forma un enlace covalente estable con una molécula de enzima y elimina así las moléculas del sitio activo en la población enzimática. Típicamente, la inhibición irreversible ocurre por alquilación o acilación de la cadena lateral de un residuo de aminoácido en el sitio activo.

 

Enzimas alostéricas

Las enzimas alostéricas son enzimas cuyas propiedades son afectadas por cambios en la estructura. Los cambios estructurales son ocasionados por interacción con moléculas pequeñas. 

Las acciones farmacológicas de diversos fármacos dependen en realidad de la interacción enzima-fármaco, ejemplos: inhibidores de MAO, alopurinol, aspirina. Por lo tanto, un conocimiento de las enzimas y sus propiedades y sus propiedades es de suma importancia para el farmacéutico con el fin de comprender el mecanismo de acción de los medicamentos.

Además, las enzimas tienen importancia tanto en el diagnóstico como en el tratamiento de enfermedades.

ejemplo

Pancreolipasa

Panzytrat Ok ® contiene pancreatina (mezcla de enzimas pancreáticas), para el tratamiento de los trastornos de la digestión debido a una insuficiencia exocrina del páncreas.

Panzytrat Ok ® es un moderno medicamento que sigue el principio de la dosis de unidades múltiples. Al contrario de la dosis de unidad única (tabletas o grageas), una cuchara dosificadora se compone de muchas microtabletas gastrorresistentes que están recubiertas por una capa de gelatina dura, absolutamente idénticas en tamaño, forma, grosor y contenido.

Panzytrat Ok ® luego de la administración de las microtabletas se mezclan con el contenido gástrico y llegan al duodeno donde ejercen su acción; de este modo se logra la disponibilidad casi fisiológica de las enzimas pancreáticas digestivas, especialmente de lipasa, a nivel del intestino delgado.

DESCRIPCION

La pancreatina es un extracto de las glándulas pancreáticas porcinas que contiene múltiples enzimas, en particular lipasas, proteasas y amilasas. Se utiliza en el tratamiento de la insuficiencia pancreática.

Mecanismo de acción: Las enzimas pancreáticas de la pancreatina catalizan la hidrólisis de las grasas de los ácidos grasos monoglicéridos, glicerol ylibres, proteínas en péptidos y aminoácidos, y los almidones en dextrinas y azúcares de cadena corta, tales como maltosa y maltriosa en el duodeno y el intestino delgado proximal, actuando de este modo como las enzimas digestivas fisiológicamente secretada por el páncreas.

Farmacocinética: las enzimas pancreáticas de la pancreatina están recubiertas por una cubierta entérica para reducir al máximo la destrucción o inactivación de las mismas por los ácidos gástricos. La pancrelipasa está diseñada para liberar la mayoría de las enzimas a un pH aproximado de 5.5 o mayor. Las enzimas pancreáticas no son absorbidos desde el tracto gastrointestinal en cantidades apreciables y ejercen sus efectos localmente en el intestino.

La bromelaina es extraída de la planta y del fruto de la piña tropical. La Bromelaina es una proteasa que se emplea en las industrias alimentaria y farmacéutica. La bromelaína de los frutos es una proteasa ácida, su intensa actividad proteolítica no se modifica en zonas de pH entre 3 y 8. Esta biomolécula se utiliza en las industrias alimentarias en varios procesos proteolíticos, (por ejemplo como ablandadora de carnes), complemento alimenticio y en la industria farmacéutica.

 La Bromelaìna gracias a su actividad proteolitica ayuda a digerir las proteínas descomponiéndolas en aminoácidos. Las enzimas proteolíticas ayudan a la digestión de los alimentos evitando la pesadez de estómago y ayudando al tratamiento de la pancreatitis. Además de las propiedades digestivas atribuidas a la bromelina se le conocen propiedadesantiinflamatorias, antiedematosas, antitrombóticas, anticancerígenas y fibrinolíticas.

Se cree que cuando se ingiere con el estómago vacío actúan sus propiedades como agente antiinflamatorio. Con respecto a la actividad antiinflamatoria de la Bromelaína, según los servicios de salud de la Biblioteca Nacional de Medicina y los Institutos Nacionales de Salud de los EE.UU, sólo existen evidencias científicas significativas sobre los procesos inflamatorios contra la sinusitis.

Propiedades:

• Anti-inflamatoria
• Proteolítica
• Ayuda a la digestión de las proteinas