Cofactores Orgánicos y Grupos Prostéticos

Algunos cofactores orgánicos no se liberan después de cada reacción, sino que permanecen unidos a la enzima —de forma estrecha, o incluso covalente— durante toda la catálisis. Estos grupos prostéticos, como el hemo, las flavinas FAD y FMN, el ácido lipoico y la biotina unida covalentemente, se convierten en partes permanentes de la enzima activa en lugar de ser cosustratos disociables.

Definition

Un cofactor orgánico es una molécula no proteica que contiene carbono y es necesaria para la actividad enzimática; cuando dicho cofactor se une de forma estrecha o covalente a la enzima y permanece unido durante todo el ciclo catalítico, se denomina grupo prostético, en contraste con una coenzima disociable que se comporta como un cosustrato.

Scope

El tema distingue las coenzimas disociables de los grupos prostéticos fuertemente unidos y examina los principales grupos prostéticos orgánicos —el hemo y otros tetrapirroles, las flavinas unidas, el ácido lipoico y la biotina unida covalentemente— junto con la química que aportan. Se trata de una visión general de referencia sobre la bioquímica de los cofactores orgánicos, no de una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué distingue a un grupo prostético de una coenzima disociable?
• ¿Cómo permite el grupo hemo la unión de oxígeno y la catálisis redox?
• ¿Cómo un cofactor unido covalentemente, como el lipoílo o el biotinilo, transporta intermediarios dentro de un complejo enzimático?
• ¿Por qué algunas flavoenzimas unen su flavina covalentemente?

Key concepts

• Coenzima disociable versus grupo prostético unido
• Hemo y otros cofactores tetrapirrólicos
• Flavinas unidas covalentemente (FAD/FMN)
• Ácido lipoico como brazo oscilante
• Biotina unida covalentemente en carboxilasas
• Canalización de sustratos dentro de complejos multienzimáticos

Mechanisms

Los grupos prostéticos permanecen con la enzima y contribuyen a una química definida. El grupo hemo —una hierro-porfirina— une y activa el oxígeno y apoya la transferencia de electrones y la oxigenación, la química subyacente a las hemoproteínas y las enzimas hemo (Poulos, 2014). Los grupos prostéticos de flavina (FAD y FMN), a veces unidos covalentemente, confieren a las flavoproteínas su característica versatilidad redox de uno y dos electrones (Macheroux et al., 2011). El ácido lipoico, unido covalentemente a un residuo de lisina, actúa como un largo 'brazo oscilante' que transporta los intermediarios de reacción entre los sitios activos de los complejos de 2-oxoácido deshidrogenasa (Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018). La biotina unida covalentemente desempeña un papel similar de transportador móvil en las carboxilasas. Al mantener el cofactor anclado, la enzima puede posicionar y canalizar los intermediarios reactivos en lugar de liberarlos, complementando la visión más amplia de cómo los cofactores unidos y los sitios metálicos ajustan la catálisis (Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

El hemo y los grupos prostéticos relacionados sustentan el transporte de oxígeno, la respiración y el metabolismo de xenobióticos, mientras que los transportadores unidos covalentemente, como el ácido lipoico, son fundamentales para la descarboxilación oxidativa en el metabolismo energético, por lo que esta bioquímica informa el metabolismo y la farmacología. La entrada describe mecanismos y no constituye una base para el diagnóstico o tratamiento individual.

History

La distinción entre coenzimas que se disocian libremente y grupos prostéticos firmemente unidos se estableció tempranamente en la enzimología y se refinó a medida que se resolvieron las estructuras de las hemoproteínas, las flavoproteínas y los grandes complejos de 2-oxoácido deshidrogenasa. Los trabajos que rastrean el ácido lipoico hasta los complejos deshidrogenasa y los estudios estructurales de las enzimas hemo ilustran cómo los cofactores anclados permiten una catálisis canalizada y multietapa (Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011).

Seminal works

• poulos-2014
• reed-2001
• macheroux-2011
• holm-1996

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre una coenzima y un grupo prostético?

Ambos son cofactores orgánicos, pero una coenzima se disocia y se regenera como un cosustrato, mientras que un grupo prostético permanece unido de forma estrecha o covalente a la enzima durante todo el ciclo catalítico.

¿Por qué se denomina al ácido lipoico un brazo oscilante?

Está unido covalentemente a la enzima mediante un enlace flexible, por lo que puede oscilar físicamente entre los diferentes sitios activos de un complejo multienzimático, transportando los intermediarios de reacción de uno a otro sin liberarlos.