iv PRESENTACIÓN La Bioquímica, como tantas ramas de
la ciencia, contiene una terminología muy
específica y particular, cuyo manejo y comprensión
es absolutamente indispensable para adentrarse en los laberintos
propios del área como tal. Un entendimiento adecuado del
nombre de las enzimas y de su significado funcional y
estructural, facilita enormemente el trasegar con éxito
por las intrincadas rutas del metabolismo celular. El
propósito de este escrito es detallar hasta cierto
límite el tema del nombre y la clasificación de las
enzimas, que no es lo suficientemente ilustrado en la
mayoría de los textos de Bioquímica, haciendo
énfasis en la relación que lógicamente debe
existir entre el nombre, el código numérico y la
reacción química que cataliza. Subyace en el texto
el conocimiento estructural que se debe tener sobre una
reacción química para deducir correctamente el
nombre y la clasificación primaria de la enzima que la
cataliza. Se inicia el escrito con una corta explicación
sobre la forma de construir el nombre de una enzima, su
clasificación general, y el significado de las partes del
código numérico, que se complementa con seis
ejemplos de reacciones químicas. Se hace luego un breve
pero preciso recorrido sobre las seis categorías en las
que se ubican las enzimas, ilustrándolo con reacciones
propias y comunes del metabolismo celular. Se continúa con
una alusión a una seudocategoría de enzimas
denominadas sintasas, relacionando los principales ejemplos que
se mencionan normalmente en los cursos de Bioquímica. Al
final se hace un recorrido por una serie de enzimas, que
además de ser protagónicas en los eventos
celulares, se vuelven interesantes debido a alguna particularidad
que presentan en el nombre, o en la reacción catalizada, o
en su constitución, o en la aparente ambigüedad de su
clasificación.
1.1 y 1 1. EL NOMBRE Y EL CÓDIGO DE LAS ENZIMAS En 1964 la
Comisión de Enzimas (E.C.) de la Unión
Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
(IUBMB) organizó los nombres de las enzimas y las
clasificó en seis clases, de tal forma que cada enzima
debería quedar completamente identificada con un nombre
completo no ambiguo y con un código numérico de
cuatro partes. NOMBRE DE LAS ENZIMAS En forma sistemática
el nombre de una enzima se construye con la siguiente
información: -Nombre del sustrato (o sustratos). -Nombre
del cambio químico que realiza la enzima sobre el
sustrato. -Sufijo asa. -Ejemplo: NADH H+ CoQ ENZIMA NAD+ CoQH2
-Nombre de los sustratos: NADH Coenzima Q. -Cambios
químicos que realiza la enzima: Oxida al NADH y reduce a
la coenzima Q. -Nombre de la enzima: NADH, coenzima Q
óxido-reductasa. 1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
De acuerdo a la acción química de las enzimas sobre
los sustratos, aquellas se clasifican en seis categorías o
clases: Clase 1: Óxido-reductasas.
2 Clase 2: Transferasas. Clase 3: Hidrolasas. Clase 4. Liasas.
Clase 5: Isomerasas. Clase 6: Ligasas. Cada clase se subdivide a
su vez en subgrupos con el propósito de especificar en
forma inequívoca el tipo de enlace formado, o destruido o
transformado, o los grupos transferidos, o las sustancias dadoras
y aceptoras de grupos o de electrones, y las sustancias realmente
implicadas. 1.3 CÓDIGO NUMÉRICO DE LAS ENZIMAS Es
una identificación numérica derivada de la
clasificación, que contiene cuatro partes separadas por
puntos, así: X. Y. Z. W El significado de cada parte es el
siguiente: X: Denota la clase a la cual pertenece la enzima.
Indica el cambio químico global que realiza la enzima
sobre el sustrato. Y: Denota la subclase a la cual pertenece la
enzima. Indica un cambio mas específico en la
transformación del sustrato, como: -El grupo funcional que
se oxida o se reduce. -El grupo funcional que se transfiere. -El
grupo funcional que se transforma. -El enlace que se forma o se
destruye. Z: Denota la subsubclase a la cual pertenece la enzima.
Indica mayor especificidad de los cambios químicos
señalados por Y, como por ejemplo detallar sobre
cuáles átomos se realizan las oxidaciones o las
reducciones, o cuáles grupos reciben a los que se
transfieren, o cuáles grupos de átomos se eliminan
o desprenden, o cuáles enlaces se forman o se
rompen.
– 3 W: Este último número corresponde a la
identificación precisa de las sustancias sobre las
cuáles actúa la enzima, y normalmente indica el
orden en el que cada enzima se va agregando a la lista. Veamos
algunos ejemplos específicos: Enzima 1: Etanolamina amonio
liasa (o desaminasa). Reacción que cataliza: CH2 CH2
ENZIMA CH CH2 NH3 HO NH2 HO Código E.C. (comisión
de enzimas): 4. 3. 1. 7 Significado: La enzima es una liasa
(clase 4), que rompe un enlace C-N (subclase 3), para desprender
amoníaco (subsubclase 1), en un sustrato que se llama
etanolamina (número 7). Enzima 2: Tripsina (enzima
digestiva). Reacción que cataliza: O O O O NH CH C NH CH C
ENZIMA NH CH C O H3N CH C aa básico R H2O aa básico
R Código E.C: 3. 4. 21. 4
4 Significado: La enzima es una hidrolasa (clase 3), que rompe
con agua un enlace peptídico (subclase 4), usando para
ello un residuo de serina en su centro activo (subsubclase 21).
Esta enzima es la cuarta (4) agregada a una lista de proteinasas.
Enzima 3: Maleato, fumarato isomerasa. Reacción que
cataliza: ENZIMA COO HC OOC CH COO HC OOC CH MALEATO FUMARATO
Código E.C: Significado: 5. 2. 1. 1 La enzima es una
isomerasa (clase 5), que interconvierte isómeros cis-trans
(subclase 2), formados a través de un enlace C-C
(subsubclase 1), y específicamente en este par de
sustratos (maleato y fumarato) (número 1). Enzima 4:
Catalasa (peróxido de hidrógeno peroxidasa).
Reacción que cataliza: 2H2O2 ENZIMA 2H2O O2 Código
E.C: 1. 11. 1. 6 Significado: Es una óxido-reductasa
(clase 1), que usa H2O2 como aceptor de electrones (subclase 11),
y como donador a otra molécula de H2O2 (subsubclase 1). Le
tocó el sexto lugar en la lista de enzimas.
5 Enzima 5: Adenilato Kinasa (ATP, AMP, ?-fosfotransferasa).
Reacción que cataliza: ENZIMA AMP ATP 2ADP Código
E.C: Significado: 2. 7. 4. 3 Es una transferasa (clase 2), que
traspone un grupo fosforilo (subclase 7) desde un
nucleótido dador (ATP, GTP), hasta un sustrato receptor
que para recibirlo utiliza un grupo fosfato (subsubclase 4). El
sustrato receptor específico es el grupo adenilato o AMP
(número 3). Enzima 6: Acetil CoA carboxilasa.
Reacción que cataliza: O ENZIMA O O CH3 C SCoA CO2 O C CH2
C SCoA ACETIL CoA ATP ADP Pi MALONIL CoA Código E.C:
Significado: 6. 4. 1. 2 Es una ligasa (clase 6), que forma un
enlace C-C (subclase 4) entre el sustrato y el CO2 (subsubclase
1). El sustrato específico es el acetil CoA (número
2).
+ + 6 2. LAS CLASES DE ENZIMAS 2.1 ÓXIDO-REDUCTASAS Son
las enzimas encargadas de catalizar las reacciones celulares
donde se pierden y se ganan electrones. En la
clasificación de la IUBMB, la subclase especifica los
grupos que actúan como donadores de electrones, y la
subsubclase precisa las moléculas que los reciben. En la
literatura bioquímica es muy frecuente encontrar las
siguientes óxido- reductasas: deshidrogenasas, oxidasas,
oxigenasas, peroxidasas y reductasas. 2.1.1 DESHIDROGENASAS:
Oxidan a los sustratos sustrayendo protones y electrones, que son
recibidos por moléculas como NAD+, NADP+ o FAD, que
actúan como agentes oxidantes: PO O GLC-6-P DESHIDROGENASA
PO O OH O 1.1.1.49 GLUCOSA-6-P NADP NADPH H 6-P-GLUCOLACTONA
Otras deshidrogenasas comunes son: etanol deshidrogenasa
(1.1.1.1), lactato deshidrogenasa (1.1.1.27), glicerol-3-fosfato
deshidrogenasa (1.1.1.8), succinato deshidrogenasa (1.3.5.1),
6-fosfogluconato deshidrogenasa (1.1.1.x), acetaldehído
deshidrogenasa (1.2.1.3). 2.1.2 OXIDASAS: Oxidan a los sustratos
sustrayendo electrones y a veces también protones, usando
al oxígeno molecular (O2) como receptor de los mismos:
2Fe2+ (cit. C) 2H+ 1/2 O2 CIT.C OXIDASA 2Fe3+ (cit. C) H2O
(1.9.3.1)
– O2 7 COO- ASPARTATO COO- H2N CH H2O OXIDASA C O NH3 (1.4.3.1)
CH2 CH2 COO ASPARTATO O2 H2O2 COO- OAA En este último
ejemplo la enzima, además de realizar el cambio
químico principal: extraer electrones y protones del
enlace H2N – CH, posibilita también la
adición de H2O al doble enlace recién formado y la
posterior eliminación de NH3 y formación
simultánea del grupo carbonilo. 2.1.3 OXIGENASAS: Oxidan a
los sustratos, incorporando uno o dos átomos de
oxígeno en sus estructuras: Dioxigenasas: Cuando los dos
átomos del oxígeno molecular se incorporan al
sustrato: CISTEAMINA HS CH2 CH2 NH2 DIOXIGENASA O S CH2 CH2 NH2
(1.13.11.19) CISTEAMINA O2 HO HIPOTAURINA CATECOL-1,2- OH
DIOXIGENASA COOH (1.13.11.1) OH CATECOL COOH CIS,CIS – MUCONATO
Monooxigenasas o Hidroxilasas: Cuando solamente uno de los dos
oxígenos del O2 se adiciona al sustrato. El otro
formará H2O con los electrones y protones que debe ceder
otra molécula como NADH, NADPH, FADH2,
tetrahidrobiopterina, ascorbato.
+ 8 Se les llama también oxidasas de función mixta
porque oxidan a dos moléculas en forma ligeramente
diferente: al sustrato principal le agregan un oxígeno, y
al otro sustrato le quitan electrones y protones: FENILALANINA-4-
CH2 CH COO- NH3 HIDROXILASA HO CH2 CH COO- NH3 PHE O2 TETRAHIDRO
BIOPTERINA H2O DIHIDRO BIOPTERINA TYR (1.14.16.1)
4-HIDROXIFENILACETATO HO CH2 COO- 3-HIDROXILASA HO CH2 COO- HO
NADH H + O2 H2O NAD + (1.14.13.2) 2.1.4 PEROXIDASAS: Oxidan a los
sustratos sustrayendo electrones y protones, los cuales son
recibidos por H2O2 (peróxido de hidrógeno), que
actúa como agente oxidante: NADH NADH H PEROXIDASA NAD+
(1.11.1.1) H2O2 GLUTATION 2H2O G S G S H H PEROXIDASA G S G S
(1.11.1.9) GLUTATION REDUCIDO H2O2 2H2O GLUTATION OXIDADO
9 Se denomina glutatión al tripéptido ?-glutamil
cisteinil glicina, un agente antioxidante presente en plantas y
animales. Otro ejemplo es el de la catalasa, enzima que destruye
el H2O2 producido por algunas oxidasas: CATALASA H2O2 H2O2 2H2O
O2 (1.11.1.6) 2.1.5 REDUCTASAS: Son las enzimas encargadas de
reducir a ciertos sustratos, cediéndoles electrones y
protones a partir de un agente reductor como el NADPH, o como los
ditioles tioredoxina (una proteína) y ácido lipoico
(una coenzima). Algunos ejemplos importantes son: NITRATO NO3
REDUCTASA NO2 H2O (1.6.6.2) NADPH H + NADP + NITRITO NO2
REDUCTASA NH4OH OH (1.6.6.4) 3NADPH + 3H + 3NADP
– – – 10 PiPiO O BASE NUCLEÓSIDO DIFOSFATO REDUCTASA PiPiO
O BASE H2O (1.17.4.1) HO OH TIOREDOXINA TIOREDOXINA HO HS SH S S
HN CH COO- D-PROLINA REDUCTASA CH2 CH2 CH2 CH2 COO (1.4.4.1) NH2
SH SH CH2 COO 4 S S CH2 COO 4 2.2 TRANSFERASAS Son las enzimas
que catalizan aquellas reacciones celulares donde un grupo de
átomos se transfiere de un sustrato a otro. La subclase
especifica los grupos que se transfieren (metilos, formilos,
carboxilos, acilos, glicosilos, alquilos, arilos, grupos
nitrogenados, fosforilos, que contienen azufre); la subsubclase
detalla aspectos de esos grupos como el tamaño, la
constitución más específica y los grupos que
actúan como receptores. Las transferasas comunes son: las
fosfotransferasas, las aminotransferasas, las metiltransferasas,
las glicosiltransferasas, las transcetolasas y las
transaldolasas. 2.2.1 FOSFOTRANSFERASAS: Comúnmente
denominadas kinasas. Transfieren el grupo fosforilo (-PO32-)
desde un nucleótido como ATP, GTP, UTP, hasta un grupo
receptor que puede ser un hidroxilo (HO-), un carboxilo (- COO-),
un fosfato (-OPO32-) o un grupo amino (-NH2):
– – 11 COO- CREATINA COO- CH2 H3C N KINASA CH2 H3C N (2.7.3.2)
H2N C NH2 ATP ADP H2N C O – NH P O O- CREATINA P-CREATINA COO- O
PIRUVATO COO- C O P O KINASA C O (2.7.1.40) CH2 O ADP ATP CH3 PEP
PIRUVATO Otras kinasas de común ocurrencia son: arginina
kinasa (2.7.3.3), fructokinasa (2.7.1.4), fosfofructokinasa-1
(2.7.1.11), fosfofructokinasa-2 (2.7.1.105), glucokinasa
(2.7.1.2), hexokinasa (2.7.1.1), galactokinasa (2.7.1.6),
glicerol kinasa (2.7.1.30), glicerato kinasa (2.7.1.31). 2.2.2
AMINOTRANSFERASAS: Llamadas también transaminasas.
Transfieren el grupo amino (-NH2) desde un a-aminoácido
dador hasta un a- cetoácido receptor. Estas enzimas
requieren para su función catalítica el concurso de
la coenzima piridoxal fosfato (PLP): H2N CH COOH CH3 O C COOH CH2
CH2 ALA, alfa-KG AMINOTRANSFERASA (2.6.1.2) O C COOH CH3 H2N CH
COOH CH2 CH2 ALA COO- PIRUVATO COO- alfa KG 2.2.3
METILTRANSFERASAS: GLUTAMATO Transfieren el grupo metilo (-CH3)
entre sustratos, soportado normalmente por la coenzima
tetrahidrofolato (THF):
A 12 H2N CH COOH CH2 SERINA HIDROXIMETIL TRANSFERASA H2N CH2 COOH
H2O (2.1.2.1) OH THF THF CH2 GLICINA SERINA 2.2.4
GLICOSILTRANSFERASAS: pentosas entre diferentes sustratos:
GLUCÓGENO UDP-GLUCOSA Transfieren residuos de hexosas o O
O GLUCOSILTRANSFERASA O O O HO O O O UDP HO A O O O
GLUCÓGENO (n) HO O UDP GLUCÓGENO (n+1) Esta enzima
se conoce con el nombre común de glucógeno sintasa
y corresponde al código EC 2.4.1.11. 2.2.5 TRANSCETOLASAS
Y TRANSALDOLASAS: Son enzimas que se encuentran preferencialmente
en la Ruta de las Pentosas (ambas) y en el Ciclo de Calvin-Benson
(sólo la transcetolasa). Transfieren respectivamente el
grupo cetol y el grupo a-hidroxicetol: C CH2OH O GRUPO CETOL CH C
CH2OH OH O GRUPO alfa-HIDROXICETOL Dos ejemplos comparativos son
los siguientes:
13 CH2OH C O CH2OH O CH O CH TRANSCETOLASA C O (2.2.1.1) CH2OP
SEDO HEPTULOSA-7-P CH2OH CH2OP G-3-P CH2OP XILULOSA-5-P CH2OH
CH2OP RIBOSA-5-P C O C O HC O HC O TRANSALDOLASA CH2OP (2.2.1.2)
CH2OP CH2OP G-3-P CH2OP ERITROSA-4-P FRUCTOSA-6-P SEDO
HEPTULOSA-7-P 2.3 HIDROLASAS Son las enzimas que realizan la
ruptura de un gran número de biomoléculas usando
como cosustrato a la molécula de H2O. La subclase
especifica el tipo de enlace que se rompe (éster,
éter, glicosídico, peptídico), y la
subsubclase indica los átomos involucrados en esos
enlaces. Las hidrolasas más comunes incluyen a las
lipasas, las glicosidasas, las proteinasas y las fosfatasas.
2.3.1 LIPASAS: Son las enzimas que actúan sobre los
lípidos, hidrolizando enlaces tipo éster. Realmente
son esterasas:
O 14 O O CH2O C R R C OCH O CH2O C R TRIACILGLICEROL LIPASA CH2OH
HOCH CH2OH (3.1.1.3) 3 H2O 3 R C O – Existen lipasas
sublinguales, gástricas y pancreáticas. 2.3.2
GLICOSIDASAS: Hidrolizan los enlaces glicosídicos de los
carbohidratos. Dependiendo del sustrato específico, toman
diferentes nombres: a-Amilasa (3.2.1.1): Rompe los enlaces a-1,4
internos del almidón y el glucógeno, liberando
glucosa, maltosa y maltotriosa. ß-Amilasa (3.2.1.2): Rompe
los penúltimos enlaces a-1,4 del almidón y le
glucógeno, iniciando por el extremo no reductor. Libera
unidades de ß-maltosa. Sacarasa o Invertasa (3.2.1.26):
Rompe el enlace 1a – 2ß de la sacarosa, liberando
D-glucopiranosa y D-fructofuranosa. Se puede considerar como una
ß-D-fructofuranosidasa o como una a-D-glucopiranosidasa.
Celulasa (3.2.1.4): Rompe los enlaces ß-1,4 de la celulosa,
liberando D- glucopiranosa. Realmente es una
ß-D-glucohidrolasa o ß-D glucopiranosidasa. Lactasa
(3.2.1.108): Rompe el enlace ß-1,4 de la lactosa, liberando
D- galactopiranosa y D-glucopiranosa. Se puede considerar como
una ß-D- galactohidrolasa: O O O LACTASA O O (3.2.1.108)
LACTOSA H2O alfa-D-GALACTO PIRANOSA alfa-D-GLUCO PIRANOSA
15 2.3.3 PROTEINASAS: Llamadas también enzimas
proteolíticas. Cuando actúan sobre péptidos
se denominan peptidasas. Todas ellas hidrolizan los enlaces
peptídicos que existen en estas biomoléculas. Son
comunes las siguientes proteinasas: Pepsina (3.4.23.1): Es una
enzima digestiva que actúa en el estómago,
hidrolizando enlaces peptídicos cuyos extremos amino
pertenecen a restos de aminoácidos aromáticos.
Tripsina (3.4.21.4): Enzima digestiva que actúa en el
intestino delgado, hidrolizando enlaces peptídicos cuyos
extremos carboxilo pertenecen a restos de aminoácidos
básicos. Quimotripsina (3.4.21.1): Enzima digestiva que
actúa en el intestino delgado, hidrolizando enlaces
peptídicos cuyos extremos carboxilo pertenecen a restos de
aminoácidos aromáticos. Elastasa (3.4.21.36):
Enzima digestiva que actúa en el intestino delgado,
hidrolizando enlaces peptídicos cuyos extremos carboxilo
pertenecen a restos de aminoácidos pequeños
(alanina, glicina, serina, cisteína). Enteropeptidasa
(3.4.21.9): Se conoce también con el nombre de
enterokinasa. Es una enzima digestiva que secreta la mucosa
intestinal con el fin de hidrolizar el tripsinógeno y
generar la tripsina. Renina (3.4.23.15): Peptidasa producida por
el riñón que contribuye a aumentar la
presión arterial. Actúa sobre el péptido
angiotensinógeno, generando angiotensina I. Trombina
(3.4.21.5): Se denomina también fibrinogenasa porque
actúa sobre la preproteína fibrinógeno,
inductora del proceso de coagulación de la sangre.
Insulisina (3.4.24.56): Es una peptidasa que actúa que
actúa sobre la hormona insulina y sobre el
tripéptido glucagón, degradándolos.
También se conoce con el nombre de insulinasa: H3N COO – O
H N O CH2 N H O O – INSULISINA (3.4.24.56) H3N COO – O O – H3N O
CH2 O – H3N O O – SH SH GLUTATIÓN 2 H2O GLUTAMATO
CISTEÍNA GLICINA
16 2.3.4 FOSFATASAS: Son las enzimas que rompen
hidrolíticamente los enlaces fosfoéster y
fosfoanhídridos: Ruptura de un enlace fosfoéster:
FRU-1,6-BP PO O OP HIDROLASA PO O OH (3.1.3.11) FRU-1,6-BP H2O Pi
FRU-6-P Esta enzima se conoce normalmente con el nombre de
fructosa-1,6-bifosfatasa. Otras fosfatasas de esta subclase son:
glucosa-6-fosfatasa (3.1.3.9) y fructosa-2,6- bifosfatasa
(3.1.3.46). Ruptura de enlaces fosfoanhídridos: O O
PIROFOSFATASA O O P O P OH O O H2O INORGÁNICA 2 O P OH O
(3.6.1.1) PIROFOSFATO FOSFATO 4 ATP H2O ATP asa 3 ADP 2 Pi H+
(3.6.1.36)
+ 17 2.4 LIASAS Son las enzimas que causan rupturas no
oxidativas, no reductivas y no hidrolíticas en las
moléculas. Tales rupturas ocasionan normalmente la salida
de otra molécula como CO2, H2O, NH3, SH2, R-NH2 y
OHC-COOH. La subclase indica el tipo de enlace que se rompe (C-C,
C-O, C-N, C-S), y la subsubclase especifica el grupo funcional
implicado en el enlace (carboxi, aldehído, cetona, etc.).
Las liasas mas comunes son: descarboxilasas (carboxi-liasas),
deshidratasas (hidro-liasas), desaminasas (amonio-liasas), y las
carboxilasas que no requieren ATP. 2.4.1 DESCARBOXILASAS: Se
agrupan aquí las enzimas que separan la molécula de
CO2 de un sustrato, generalmente cuando éste es un a o un
ß- cetoácido: Descarboxilación en un
a-cetoácido. Requiere el concurso de la coenzima tiamina
pirofosfato (TPP): COO- C O CH3 H PIRUVATO DESCARBOXILASA
(4.1.1.1) H C O CH3 CO2 PIRUVATO ACETALDEHÍDO
Descarboxilación en un ß-cetoácido. No
requiere ninguna coenzima: COO- CH2 C O CH3 H+ ACETOACETATO
DESCARBOXILASA (4.1.1.4) CH3 C O CH3 CO2 OXALOACETATO
PIRUVATO
– 18 2.4.2 DESHIDRATASAS: Son las liasas que al romper un
sustrato eliminan o sustraen una molécula de H2O,
generando un doble enlace en aquel. Pueden catalizar
también la reacción inversa, es decir, la
hidratación: COO- CH OP CH2 OH 2-P-GLICERATO DESHIDRATASA
(enolasa) COO- C OP CH2 H2O (4.2.1.11) 2-P-GLICERATO 2.4.3
DESAMINASAS: PEP Enzimas que al rompen los sustratos aminados,
eliminan NH3 y forman un doble enlace. Estas enzimas normalmente
no pueden catalizar la reacción inversa, es decir, la
adición de NH3: FENILALANINA – CH2 CH COO NH3 FENILALANINA
AMONIOLIASA (4.3.1.5) CH CH COO trans CINAMATO NH3 2.4.4
CARBOXILASAS QUE NO REQUIEREN ATP: Son enzimas que adicionan CO2
a un sustrato sin gastar energía de un nucleótido
(ATP, GTP), porque el mismo sustrato u otra especie provee la
energía para la carboxilación. Estas enzimas se
clasifican como liasas porque al funcionar en sentido inverso,
implican realmente una ruptura de una molécula. Los
ejemplos más notorios son la fosfoenolpiruvato carboxilasa
y la fosfoenolpiruvato carboxikinasa (PEPCK): COO- C OP CH2 CO2
H2O PEP- CARBOXILASA (4.1.1.31) COO- C O CH2 COO- Pi PEP
OAA
– 19 COO C OP CH2 CO2 GDP PEPCK (4.1.1.32) COO- C O CH2 COO- GTP
PEP OAA Dos liasas importantes son: citrato liasa (4.1.3.8), que
hace parte del sistema lanzadera del citrato, e isocitrato liasa
(4.1.3.1), que participa en el ciclo del glioxilato. 2.5
ISOMERASAS Comprende las enzimas encargadas de catalizar
conversiones entre los diferentes tipos de isómeros:
estructurales, geométricos y ópticos. La subclase
indica el tipo de isomería implicada (óptica,
cis-trans, de grupo funcional, de posición), y la
subsubclase especifica el grupo funcional sobre el cual se
actúa, o el que se convierte o se transpone. Entre las
isomerasas mas frecuentes están las racemasas, las
epimerasas, las mutasas, las cis-trans isomerasas y las
isomerasas de grupo funcional. 2.5.1 RACEMASAS: Estas enzimas
catalizan la interconversión de un par de
enantiómeros (isómeros ópticos que son
imágenes especulares entre sí): COOH ASPARTATO
RACEMASA COOH H2N H H NH2 (5.1.1.13) CH2 COOH L-ASPARTATO CH2
COOH D-ASPARTATO
– 20 Otras racemasas son: Alanina racemasa (5.1.1.1), glutamato
racemasa (5.1.1.3) y fenilalanina racemasa (5.1.1.11). 2.5.2
EPIMERASAS: Catalizan la conversión entre epímeros
(diasterómeros que se diferencian en la
configuración de uno de sus centros quirales): CH2OH C O
CH2OP D-RIBULOSA-5-P RIBULOSA-5-P 3-EPIMERASA CH2OH C O CH2OP
D-XILULOSA-5-P (5.1.3.1) Otras epimerasas son: Metil malonil CoA
epimerasa (5.1.99.1), 3-hidroxibutiril CoA epimerasa (5.1.2.3),
UDP-glucosa epimerasa (5.1.3.2) y L-ribulosa-5-p-4- epimerasa
(5.1.3.4). 2.5.3 CIS-TRANS ISOMERASAS: Catalizan la
interconversión de un par de isómeros
geométricos: COO- CH OOC CH COO MALEATO FUMARATO ISOMERASA
CH OOC CH (5.2.1.1) MALEATO FUMARATO Otra cis-trans isomerasa es
la maleil piruvato isomerasa con el código E.C 5.2.1.4.
2.5.4 MUTASAS: estructurales de posición: Catalizan la
conversión entre un par de isómeros
21 COO- FOSFOGLICERATO COO- CHOH CH2OP 3-P-GLICERATO MUTASA CHOP
CH2OH 2-P-GLICERATO (5.4.2.1) Otras mutasas son: Fosfoglucomutasa
(5.4.2.2), lisina-2,3-amino mutasa (5.4.3.2) y
ß-lisina-5,6-amino mutasa (5.4.3.3). 2.5.5 ISOMERASAS DE
GRUPO FUNCIONAL: Catalizan la interconversión de un par de
isómeros estructurales de grupo funcional. Las más
comunes interconvierten los grupos aldehído y cetona: H C
O TRIOSA FOSFATO ISOMERASA CH2OH CHOH C O (5.3.1.1) CH2OP
GLICERALDEHÍDO 3-FOSFATO CH2OP DIHIDROXIACETONA FOSFATO
Otras isomerasas de esta subclase son: la fosfoglucoisomerasa,
también conocida como fosfohexoisomerasa, cuyo
código E.C es 5.3.1.9, la fosfomanoisomerasa con el
código 5.3.1.8 y la ribosa-5-fosfato isomerasa, conocida
como fosforiboisomerasa, que tiene el código 5.3.1.6. En
esta subclase también se ubican las tautomerasas,
encargadas de interconvertir grupos enoles y cetónicos,
como la dopacromo tautomerasa (5.3.2.3), que actúa sobre
el ácido 5,6-dihidroxiindol-2-carboxílico, o
simplemente dopacromo.
22 2.6 LIGASAS Se agrupan aquí las enzimas que catalizan
la formación de nuevas sustancias, ya sea agregando a un
sustrato grupos como CO2, NH3, HSCoA, o condensando varias
sustancias para generar otra diferente. Tales síntesis y
condensaciones requieren el consumo de energía,
expresamente contenida en un nucleótido como ATP y GTP. La
subclase indica el enlace nuevo que se forma (C-O, C-S, C-N,
C-C), y la subsubclase especifica los grupos que contienen a esos
enlaces: éster, tioéster, amino, amido, etc. Las
ligasas más frecuentes son las carboxilasas y las
sintetasas. 2.6.1 CARBOXILASAS: Son las enzimas que adicionan CO2
a un sustrato, pero a diferencia de las descritas en la
sección de las liasas, éstas si requieren
energía proveniente de un nucleótido: COO- C O CH3
PIRUVATO CO2 PIRUVATO CARBOXILASA ADP + Pi ATP + H2O COO- C O CH2
COO- (6.4.1.1) OAA Otras carboxilasas son: Acetil CoA carboxilasa
(6.4.1.2) y propionil CoA carboxilasa (6.4.1.3). 2.6.2
SINTETASAS: Condensan varios sustratos para formar o sintetizar
diversas moléculas como: acil CoA, aminoácidos,
péptidos, polinucleótidos: Formación de
acetil CoA: O ACETIL CoA O CH3 C OH HSCoA SINTETASA CH3 C SCoA
(6.2.1.1) ATP AMP + PPi
ATP 23 Formación de glutamina: COOH H2N CH CH2 CH2 COOH
NH3 GLUTAMINA SINTETASA ADP + Pi COOH H2N CH CH2 CH2 C O NH2
(6.3.1.2) GLUTAMATO GLUTAMINA Esta enzima también se
conoce con el nombre de glutamato, amonio ligasa.
Formación de un péptido: CH3 H2N CH COOH D-ALANIL
ALANINA SINTETASA H2N CH3 CH C NH CH O C OH (6.3.2.4) CH3 O CH3
H2N CH COOH ATP ADP + Pi D-ALANIL ALANINA Esta enzima se puede
llamar también D-alanina, D-alanina ligasa. Otras
sintetasas son: asparagina sintetasa (6.3.5.4), succinil CoA
sintetasa (6.2.1.4), carbamoil fosfato sintetasa I
(6.3.4.16).
24 3. LAS ENZIMAS DENOMINADAS SINTASAS Las sintasas no
constituyen una categoría o clase como tal; es un
término que se aplica genéricamente a una serie de
enzimas, cuyas actividades se concretan en catalizar la
síntesis o formación de una sustancia sin requerir
la energía de hidrólisis de un nucleótido.
Cada sintasa se ubicará en la clase o categoría que
se derive de su actividad enzimática específica.
3.1 ÓXIDO-REDUCTASAS Algunas sintasas son oxido-reductasas
como las siguientes: -Óxido nítrico (NO) sintasa:
1.14.13.39 -Glutamato sintasa: 1.4.1.13 -Piruvato sintasa:
1.2.7.1, que cataliza la siguiente reacción: O PIRUVATO O
CH3 C SCoA CO2 SINTASA – CH3 C COO HSCoA (1.2.7.1) FERREDOXINA
FERREDOXINA REDUCIDA OXIDADA 3.2 TRANSFERASAS Otras sintasas se
ubican en la clase de las transferasas: -Timidilato sintasa:
2.1.1.45 -Almidón (glucógeno) sintasa: 2.4.1.11
-Celulosa sintasa: 2.4.1.12 -Sacarosa-6-fosfato sintasa: 2.4.1.xx
-Dihidroxiacetona sintasa: 2.2.1.3 -Lactosa sintasa: 2.4.1.22,
que cataliza la siguiente reacción:
– – O 25 O O LACTOSA SINTASA O O O (2.4.1.22) O UDP UDP-GALACTOSA
GLUCOSA UDP LACTOSA Esta enzima es realmente una galactosil
transferasa. 3.3 HIDROLASAS También existen sintasas que
son hidrolasas como la ATP-sintasa (o ATP-asa), cuyo
código E.C es 3.6.1.36, y que cataliza en ambos sentidos
la siguiente reacción: ATP H2O ATP SINTASA ADP Pi H+
(3.6.1.36) 3.4 LIASAS Y otras sintasas pertenecen a la clase de
las liasas como: -Malato sintasa: 4.1.3.2 -Citrato sintasa:
4.1.3.7 -2-Acetolactato sintasa: 4.1.3.18 Para las dos
últimas enzimas, estas son las reacciones que catalizan: C
COO – H2C COO OXALOACETATO O CH3 C SCoA H2O CITRATO SINTASA HSCoA
H2C COO- HO C COO – H2C COO CITRATO (4.1.3.7)
26 COO- O 2-ACETOLACTATO COO- O O C OOC C CH3 SINTASA HO C C CH3
CO2 CH3 PIRUVATO PIRUVATO (4.1.3.18) CH3 2-ACETOLACTATO Esta
enzima también podría llamarse 2- acetolactato
carboxilasa. Sobre las dos carboxilasas que no requieren ATP
descritas en el apartado de las liasas (fosfoenolpiruvato
carboxilasa y fosfoenolpiruvato carboxikinasa), realmente
podrían ser dos sintasas, que no se denominan así
porque tendrían el mismo nombre: oxaloacetato sintasa, y
no habría forma de diferenciarlas.
+ 27 4. ENZIMAS CON ALGUNA PARTICULARIDAD 4.1
ÓXIDO-REDUCTASAS 4.1.1 ENZIMA MÁLICA (1.1.1.39).
Enzima ubicua que en los vegetales participa en la vía C4
de la fotosíntesis, y en los animales hace parte del
sistema de la lanzadera del citrato que impulsa la
síntesis de ácidos grasos en el citoplasma.
Cataliza la siguiente reacción: COO- HO CH CH2 COO- ENZIMA
MÁLICA NADP+ NADPH + H+ COO- C O CH3 CO2 (1.1.1.39)
L-.MALATO PIRUVATO Es una enzima que oxida y descarboxila a la
vez sin requerir el concurso de la coenzima tiamina pirofosfato
(TPP). Es una óxido-reductasa. 4.1.2. SUPERÓXIDO
DISMUTASA (1.15.1.1). Es una óxido-reductasa de amplia
distribución que se encarga de destruir los agresivos
radicales aniónicos llamados superóxidos, que se
pueden generar en la fase final de la cadena respiratoria. La
reacción implicada es la siguiente: SUPERÓXIDO 2 O2
2H DISMUTASA O2 H2O2 (1.15.1.1) Los radicales superóxidos
son convertidos en peróxido de hidrógeno (H2O2),
sustancia destruida luego por las peroxidasas, y
específicamente por la catalasa. 4.1.3 NITROGENASA
(1.18.6.1). Es una óxido-reductasa presente en ciertas
especies de bacterias (bacterias fijadoras de nitrógeno),
que cataliza la reducción del N2 atmosférico en
amoníaco (NH3), usando como agente reductor a la
– 28 proteína ferredoxina (Fe2+), y consumiendo una
considerable cantidad de energía en forma de ATP: N2 6 H+
NITROGENASA 2 NH3 (1.18.6.1) 6 Fe2+ 12 ATP 12 ADP 6 Fe3+ 12 Pi
Aunque podría considerarse como una sintetasa,
prevaleció la variación de los estados de
oxidación de las especies para ubicarla como una
óxido-reductasa. 4.1.4 GLUTAMATO DESHIDROGENASA. Es una
óxido-reductasa de amplia distribución que
participa activamente en la biosíntesis y
degradación de los aminoácidos. Cataliza en ambos
sentidos la siguiente reacción: COO- COO- H2N CH GLUTAMATO
DESHIDROGENASA C O CH2 H2O CH2 NH3 CH2 COO GLUTAMATO NAD(P)+
NAD(P)H H+ CH2 COO- alfa-CETOGLUTARATO Existen tres formas
isoenzimáticas, con el mismo nombre pero con diferente
código: 1.4.1.2: Utiliza únicamente NAD+ como
agente oxidante. 1.4.1.4: Utiliza únicamente NADP+ como
agente oxidante. 1.4.1.3: Puede usar cualquiera de las dos
especies como agente oxidante. 4.1.5 DESATURASAS. Son
óxido-reductasas de amplia distribución que
catalizan la formación de dobles enlaces CIS en los
ácidos grasos. Un ejemplo es
29 la ?9 Estearoil CoA Desaturasa, cuyo código E.C es
1.14.99.5, y que sintetiza oleoil CoA de acuerdo a la siguiente
reacción: O 9 ESTEAROIL CoA O C SCoA DESATURASA 10 9 C
SCoA ESTEAROIL CoA O2 2 H2O OLEOIL CoA NAD(P)H NAD(P)+
(1.14.99.5) H+ Estas enzimas usan un agente oxidante y dos
agentes reductores. El oxígeno molecular (O2) oxida tanto
al sustrato principal como al NAD(P)H. 4.2 TRANSFERASAS 4.2.1
PIRUVATO, FOSFATO DIKINASA (2.7.9.1). Enzima vegetal que
participa activamente en la vía C4 de la
fotosíntesis. Cataliza esta reacción: COO-
PIRUVATO, FOSFATO COO- C O Pi DIKINASA C OP PPi (2.7.9.1) CH3 CH2
PIRUVATO ATP AMP PEP Es una enzima que transfiere dos grupos
fosforilos desde el ATP hacia dos receptores: piruvato y fosfato.
Por ello se llama dikinasa. 4.2.2 SACAROSA FOSFORILASA (2.4.1.7).
Es una glucosil transferasa usada por plantas y bacterias para
metabolizar sacarosa y obtener fructosa libre:
– – – 30 O O O SACAROSA FOSFORILASA O O O P O O (2.4.1.7) O- O
SACAROSA HO P O GLUCOSA-1-FOSFATO FRUCTOSA O- Aparentemente esta
enzima se podría mirar como una liasa que usa el
dianión fosfato para romper la molécula de
sacarosa, pero su código numérico la ubica en la
clase de las transferasas, indicando que el cambio químico
es en forma preferencial una transferencia del radical glucosilo
desde la molécula de sacarosa hasta el dianión
fosfato. Otras transferasa de este tipo son: -Glucógeno (o
almidón) fosforilasa: 2.4.1.1 -Glucogenina, glucosil
transferasa: 2.4.1.186 4.2.3 GLUCOSA-1-FOSFATO, UTP,
URIDILTRANSFERASA (2.7.7.9). Es una transferasa usada por
plantas, animales y microorganismos para activar la glucosa que
se emplea en la biosíntesis de sacarosa, lactosa y
glucógeno. Cataliza la siguiente reacción: O O O O
P O GLUCOSA-1-FOSFATO,UDP, URIDILTRANSFERASA O O O O P O P O O N
N H O O- O O O- O- GLUCOSA-1-FOSFATO UTP O P O P OH O- O-
UDP-GLUCOSA (2.7.7.9) La molécula de UDP-glucosa formada
es el punto de partida para la síntesis de lactosa,
sacarosa, almidón, glucógeno y hasta
celulosa.
31 Lo particular de esta enzima es que en la mayoría de
los textos se conoce con el nombre de UDP-glucosa
pirofosforilasa, sencillamente porque la reacción inversa
es como una ruptura de UDP-glucosa con el ión pirofosfato,
ubicándola erróneamente en la clase de las liasas.
El código E.C de la enzima indica que es una transferasa,
trasponiendo el radical uridilo desde el UTP hasta glucosa-1-
fosfato. Otras enzimas similares son: galactosa-1-fosfato, UTP,
uridiltransferasa (2.7.7.10), conocida con el nombre de
UDP-galactosa pirofosforilasa, y galactosa-1-fosfato,
UDP-glucosa, uridiltransferasa, conocida simplemente como
uridiltransferasa, y que tiene una función central en el
catabolismo de la galactosa. 4.3 LIASAS 4.3.1 FOSFOENOLPIRUVATO
CARBOXIKINASA (PEPCK) (4.1.1.32). Enzima esencial en la ruta
gluconeogénica. Cataliza la siguiente reacción:
COO- C O CH2 COO- GTP PEPCK GDP COO- C OP CH2 CO2 (4.1.1.32) OAA
PEP Aunque es una liasa en la dirección como normalmente
ocurre porque descarboxila, también cumple la
función catalítica de transferir un grupo fosforilo
desde el GTP. En sentido inverso se aprecia como una carboxilasa,
y en sentido directo como una kinasa; de ahí el nombre que
tiene. 4.3.2 ACONITASA (4.2.1.3). Es una liasa del Ciclo del
Ácido Cítrico que cataliza en los dos sentidos la
siguiente reacción:
– – – 32 H2C COO- ACONITASA H2C COO- HO C COO – H2C COO CITRATO H
C COO HO HC COO ISOCITRATO (4.2.1.3) Aunque interconvierte un par
de isómeros estructurales de posición, no es una
isomerasa porque su mecanismo de acción incluye una
deshidratación del citrato, y luego una hidratación
estereoselectiva del producto anterior (cis- aconitato). 4.4
COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA Es un conjunto de enzimas y
coenzimas que cataliza y regula un paso estratégico en la
oxidación aeróbica de carbohidratos y algunos
aminoácidos, como es la conversión de piruvato en
acetil coenzima A: O – CH3 C COO PIRUVATO HSCoA COMPLEJO PIRUVATO
DESHIDROGENASA NAD+ NADH + H+ O CH3 C SCoA ACETIL CoA CO2 Este
complejo comprende tres enzimas catalíticas y dos enzimas
reguladoras, que son las siguientes: 4.4.1 PIRUVATO
DESHIDROGENASA (1.2.4.1): Es una óxido-reductasa que
posibilita la descarboxilación del piruvato con el
concurso de la coenzima TPP. Esta enzima provoca que el grupo
acetilo quede unido temporalmente a otra coenzima denominada
ácido lipoico (o lipoamida cuando está unida a la
respectiva enzima):
4 4 – 4 4 O C 4 4 33 CH3 O C COO S S CH2 CO2H PIRUVATO
DESHIDROGENASA (1.2.4.1) CH3 O C S S H CH2 CO2H ÁCIDO
LIPOICO CO2 ÁCIDO ACETIL DIHIDROLIPOICO 4.4.2
DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASA (2.3.1.12): Es una transferasa que
posibilita el traspaso del grupo acetilo desde el ácido
hidrolipoico hasta la coenzima A: O CH3 C S S H CH2 CO2H
DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASA H S S H CH2 CO2H (2.3.1.12)
ÁCIDO ÁCIDO S-ACETIL DIHIDROLIPOICO HSCoA CH3 SCoA
DIHIDROLIPOICO 4.4.3 DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASA (1.8.1.4): Es
una óxido- reductasa que regenera la forma oxidada del
ácido lipoico, para que éste pueda intervenir en
otro ciclo del complejo piruvato deshidrogenasa: HS S H CH2 CO2H
DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASA S S CH2 CO2H (1.8.1.4) ÁCIDO
DIHIDROLIPOICO NAD+ NADH + H+ ÁCIDO LIPOICO
34 4.4.4 PIRUVATO DESHIDROGENASA KINASA (2.7.1.99): Es una enzima
reguladora del complejo, que lo inactiva al fosforilar con ATP la
primera enzima del mismo, es decir, a la piruvato deshidrogenasa.
Es una fosfotransferasa. 4.4.5 PIRUVATO DESHIDROGENASA FOSFATASA
(3.1.3.43): Es la otra enzima reguladora que activa el complejo,
hidrolizando el enlace fosfoéster formado por la kinasa.
Pertenece a la clase de las hidrolasas.
35 BIBLIOGRAFÍA DEVLIN, Thomas M. BIOQUÍMICA.
Tercera Edición. Editorial Reverté, S. A. 1999.
HELDT, Hans-Walter. PLANT BIOCHEMISTRY. Tercera Edición.
Elsevier Academic Press. 2005. HORTON, H. Robert; MORAN, Laurence
A. y otros. PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA. Cuarta
edición. Pearson Educación. 2008. PURICH, Daniel L.
y ALLISON, R. Donald. HANDBOOK OF BIOCHEMICAL KINETICS. Academic
Press. 2000.