19.2: Cofactores enzimáticos
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- Para explicar por qué las vitaminas son necesarias en la dieta.
Muchas enzimas son proteínas simples que consisten completamente en una o más cadenas de aminoácidos. Otras enzimas contienen un componente no proteico llamado cofactor que es necesario para el correcto funcionamiento de la enzima. Existen dos tipos de cofactores: iones inorgánicos [e.g., iones de zinc o Cu (I)] y moléculas orgánicas conocidas como coenzimas. La mayoría de las coenzimas son vitaminas o se derivan de vitaminas.
Las vitaminas son compuestos orgánicos que son esenciales en cantidades muy pequeñas (traza) para el mantenimiento del metabolismo normal. Generalmente no pueden ser sintetizados a niveles adecuados por el organismo y deben obtenerse de la dieta. La ausencia o escasez de una vitamina puede resultar en una enfermedad por deficiencia de vitaminas. En la primera mitad del siglo XX, un foco principal de la bioquímica fue la identificación, aislamiento y caracterización de vitaminas. A pesar de acumular evidencia de que las personas necesitaban algo más que carbohidratos, grasas y proteínas en sus dietas para un crecimiento y una salud normales, no fue hasta principios del siglo XX que la investigación estableció la necesidad de trazas de nutrientes en la dieta.
| Vitamina | Función Fisiológica | Efecto de la Deficiencia |
|---|---|---|
| vitamina A (retinol) | formación de pigmentos de visión; diferenciación de células epiteliales | ceguera nocturna; deficiencia continua conduce a ceguera total |
| vitamina D (colecalci ferol) | aumenta la capacidad del cuerpo para absorber calcio y fósforo | osteomalacia (ablandamiento de los huesos); conocida como raquitismo en niños |
| vitamina E (tocoferol) | antioxidante soluble en grasa | daño a las membranas celulares |
| vitamina K (filoquinona) | formación de protrombina, una enzima clave en el proceso de coagulación de la sangre | aumenta el tiempo requerido para que la sangre coagule |
Debido a que los organismos difieren en sus capacidades sintéticas, una sustancia que es vitamina para una especie puede no serlo para otra. En los últimos 100 años, los científicos han identificado y aislado 13 vitaminas requeridas en la dieta humana y las han dividido en dos amplias categorías: las vitaminas liposolubles, que incluyen las vitaminas A, D, E y K, y las vitaminas solubles en agua, que son las vitaminas del complejo B y vitamina C. Todas las vitaminas liposolubles contienen una alta proporción de componentes estructurales hidrocarbonados. Hay uno o dos átomos de oxígeno presentes, pero los compuestos en su conjunto son no polares. Por el contrario, las vitaminas solubles en agua contienen grandes cantidades de átomos de oxígeno y nitrógeno electronegativos, que pueden participar en enlaces de hidrógeno con el agua. La mayoría de las vitaminas solubles en agua actúan como coenzimas o son necesarias para la síntesis de coenzimas. Las vitaminas liposolubles son importantes para una variedad de funciones fisiológicas. Las vitaminas clave y sus funciones se encuentran en Tablas\(\PageIndex{1}\) y\(\PageIndex{2}\).
| Vitamina | Coenzima | Función de la coenzima | Enfermedad por Deficiencia |
|---|---|---|---|
| vitamina B 1 (tiamina) | pirofosfato de tiamina | reacciones de descarboxilación | beri-beri |
| vitamina B 2 (riboflavina) | mononucleótido de flavina o dinucleótido de flavina adenina | reacciones de oxidación-reducción que implican dos átomos de hidrógeno | — |
| vitamina B 3 (niacina) | nicotinamida adenina dinucleótido o nicotinamida adenina dinucleótido fosfato | reacciones de oxidación-reducción que implican el ión hidruro (H -) | pelagra |
| vitamina B 6 (piridoxina) | fosfato de piridoxal | variedad de reacciones incluyendo la transferencia de grupos amino | — |
| vitamina B 12 (cianocobalamina) | metilcobalamina o desoxiadenoxilcobalamina | Reacciones de reordenamiento intramolecular | anemia perniciosa |
| biotina | biotina | reacciones de carboxilación | — |
| ácido fólico | tetrahidrofolato | portador de unidades de un carbono tal como el grupo formilo | anemia |
| Ácido pantoténico | coenzima A | portador de grupos acilo | — |
| vitamina C (ácido ascórbico) | ninguno | antioxidante; formación de colágeno, una proteína que se encuentra en tendones, ligamentos y hueso | escorbuto |
Las vitaminas C y E, así como la provitamina β-caroteno pueden actuar como antioxidantes en el organismo. Los antioxidantes previenen el daño de los radicales libres, que son moléculas que son altamente reactivas porque tienen electrones desapareados. Los radicales libres se forman no solo a través de reacciones metabólicas que involucran oxígeno sino también por factores ambientales como la radiación y la contaminación.
El β-caroteno es conocido como provitamina porque se puede convertir en vitamina A en el cuerpo.
Los radicales libres reaccionan más comúnmente con lipoproteínas y ácidos grasos insaturados en las membranas celulares, eliminando un electrón de esas moléculas y generando así un nuevo radical libre. El proceso se convierte en una reacción en cadena que finalmente conduce a la degradación oxidativa de los compuestos afectados. Los antioxidantes reaccionan con los radicales libres para detener estas reacciones en cadena formando una molécula más estable o, en el caso de la vitamina E, un radical libre que es mucho menos reactivo (la vitamina E se convierte de nuevo a su forma original a través de la interacción con la vitamina C).
Resumen
Las vitaminas son compuestos orgánicos que son esenciales en cantidades muy pequeñas para el mantenimiento del metabolismo normal. Las vitaminas se dividen en dos amplias categorías: vitaminas liposolubles y vitaminas solubles en agua. La mayoría de las vitaminas solubles en agua son necesarias para la formación de coenzimas, que son moléculas orgánicas que algunas enzimas necesitan para la actividad catalítica.