Resumen de Oxidación Biológica: Mecanismos y Enzimas Clave

Oxidación Biológica: Mecanismos y Enzimas Clave para Estudiantes

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Introducción

Las deshidrogenasas son enzimas que catalizan reacciones de oxidación-reducción en las que se transfieren electrones desde un sustrato hacia una coenzima aceptora. Estas reacciones son fundamentales en el metabolismo para extraer energía de los combustibles celulares y para proporcionar poder reductor en procesos biosintéticos.

Definición: Una deshidrogenasa es una enzima que cataliza la pérdida de hidrógeno (electrones) de un sustrato, transfiriéndolos a una coenzima aceptora como NAD⁺, NADP⁺ o un flavín.

Principales coenzimas involucradas

Coenzimas de nicotinamida: NAD⁺ / NADP⁺

Estructura: consisten en un anillo de nicotinamida unido a un dinucleótido de adenosina; NADP⁺ difiere por un grupo fosfato en el OH 2′ de la adenosina.
Papel: aceptan dos electrones y un protón para formar NADH o NADPH; el segundo protón queda libre como H⁺.

Definición: NAD⁺ y NADP⁺ son dinucleótidos de nicotinamida que sirven como aceptores de electrones en reacciones redox.

Reacción general catalizada por deshidrogenasas NAD-dependientes:

$$\begin{array}{c}\mathrm{RCH(OH)H} + \mathrm{NAD}^{+} \rightarrow \mathrm{RCOH} + \mathrm{NADH} + \mathrm{H}^{+}\end{array}$$

Función metabólica:
- NADH se genera en vías oxidativas como la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
- NADPH se utiliza preferentemente en reacciones biosintéticas: síntesis de ácidos grasos, síntesis de esteroides y en la vía del fosfato de pentosas.

💡 ¿Sabías que?Did you know que el NADP⁺ se distingue del NAD⁺ únicamente por un fosfato adicional en la adenosina 2′, y esa pequeña diferencia determina su función metabólica preferente?

Coenzimas flavínicas: FMN y FAD

Estructura: derivados de la riboflavina (vitamina B2).
Papel: aceptan dos electrones y dos protones para formar FMNH₂ o FADH₂.
Unión a la apoenzima: suelen estar firmemente unidos (prostéticos) en comparación con NAD/NADP que se disocian libremente.

Definición: Flavinas (FMN, FAD) son cofactores derivados de la riboflavina que participan en transferencias de electrones dentro de diversas deshidrogenasas.

Función metabólica:
- Muchas flavoproteínas transfieren electrones directamente a la cadena respiratoria o a transportadores intermedios.
- Ejemplos de enzimas flavoproteicas: deshidrogenasa de succinato, deshidrogenasa de acil-CoA, deshidrogenasa mitocondrial de glicerol-3-fosfato, y la dihidrolipoil deshidrogenasa que actúa en los complejos de descarboxilación oxidativa.

💡 ¿Sabías que?Fun fact: Las flavoproteínas pueden participar tanto en reacciones de transferencia de dos electrones como en transferencias de un solo electrón, lo que les permite mediar pasos redox donde otros cofactores no serían eficaces.

Citocromos (excluyendo citocromos P450)

Estructura: hemoproteínas que contienen un grupo hemo con hierro que oscila entre Fe^{3+} y Fe^{2+} durante redox.
Función: actúan como transportadores de electrones en la cadena respiratoria, conectando flavoproteínas con la oxidasa de citocromo.

Definición: Un citocromo es una proteína que contiene hem y participa en el transporte de electrones mediante cambios en el estado de oxidación del hierro.

Comparación: NAD/NADP vs FAD/FMNH

Característica	NAD⁺ / NADP⁺	FAD / FMN
Origen	Niacina (vitamina B3)	Riboflavina (vitamina B2)
Forma reducida	NADH / NADPH	FADH₂ / FMNH₂
Aceptación de electrones	2 e^- y 1 H^+ (un H queda libre)	2 e^- y 2 H^+
Unión a la enzima	Se disocian libremente	Suelen estar fuertemente ligados (prostéticos)
Función metabólica típica	NADH: catálisis oxidativa; NADPH: biosíntesis	Transferencia a cadena respiratoria, reacciones que requieren pasos con radicales

Mecanismo general y ejemplos prácticos

Etapa de oxidación del sustrato:
- El sustrato pierde dos átomos de hidrógeno (2 e^- + 2 H).
Captura por la coenzima:
- Para NAD⁺: acepta 2 e^- + 1 H⁺ => forma NADH; el otro H⁺ queda libre.
- Para FAD: acepta 2 e^- + 2 H⁺ => forma

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Deshidrogenasas y Coenzimas

Klíčová slova: Oxidación biológica, Enzimas oxidorreductasas, Oxidasas y peroxidasas, Deshidrogenasas y coenzimas, Citocromos P450, Defensa antioxidante

Klíčové pojmy: Deshidrogenasas transfieren electrones desde sustratos a coenzimas, NAD⁺ acepta 2e^- y 1H⁺ formando NADH; otro H⁺ se libera, NADP⁺ difiere de NAD⁺ por un fosfato en 2′-adenosina, NADH se usa en catabolismo para producir ATP, NADPH se usa en biosíntesis como donador reductor, FAD/FMNH aceptan 2e^- y 2H⁺ formando FADH₂/FMNH₂, Flavinas suelen estar fuertemente ligadas a la apoenzima (prostéticas), Citocromos contienen hemo y transfieren electrones entre componentes respiratorios, Deshidrogenasas ligadas a flavina conectan directamente con la cadena respiratoria, Relacionar coenzima con función ayuda a predecir flujo metabólico

## Introducción Las **deshidrogenasas** son enzimas que catalizan reacciones de oxidación-reducción en las que se transfieren electrones desde un sustrato hacia una coenzima aceptora. Estas reacciones son fundamentales en el metabolismo para extraer energía de los combustibles celulares y para proporcionar poder reductor en procesos biosintéticos. > Definición: Una deshidrogenasa es una enzima que cataliza la pérdida de hidrógeno (electrones) de un sustrato, transfiriéndolos a una coenzima aceptora como NAD⁺, NADP⁺ o un flavín. ## Principales coenzimas involucradas ### Coenzimas de nicotinamida: NAD⁺ / NADP⁺ - Estructura: consisten en un anillo de nicotinamida unido a un dinucleótido de adenosina; NADP⁺ difiere por un grupo fosfato en el OH 2′ de la adenosina. - Papel: aceptan dos electrones y un protón para formar NADH o NADPH; el segundo protón queda libre como H⁺. > Definición: NAD⁺ y NADP⁺ son dinucleótidos de nicotinamida que sirven como aceptores de electrones en reacciones redox. - Reacción general catalizada por deshidrogenasas NAD-dependientes: $$\begin{array}{c}\mathrm{RCH(OH)H} + \mathrm{NAD}^{+} \rightarrow \mathrm{RCOH} + \mathrm{NADH} + \mathrm{H}^{+}\end{array}$$ - Función metabólica: - NADH se genera en vías oxidativas como la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. - NADPH se utiliza preferentemente en reacciones biosintéticas: síntesis de ácidos grasos, síntesis de esteroides y en la vía del fosfato de pentosas. Did you know que el NADP⁺ se distingue del NAD⁺ únicamente por un fosfato adicional en la adenosina 2′, y esa pequeña diferencia determina su función metabólica preferente? ### Coenzimas flavínicas: FMN y FAD - Estructura: derivados de la riboflavina (vitamina B2). - Papel: aceptan dos electrones y dos protones para formar FMNH₂ o FADH₂. - Unión a la apoenzima: suelen estar firmemente unidos (prostéticos) en comparación con NAD/NADP que se disocian libremente. > Definición: Flavinas (FMN, FAD) son cofactores derivados de la riboflavina que participan en transferencias de electrones dentro de diversas deshidrogenasas. - Función metabólica: - Muchas flavoproteínas transfieren electrones directamente a la cadena respiratoria o a transportadores intermedios. - Ejemplos de enzimas flavoproteicas: deshidrogenasa de succinato, deshidrogenasa de acil-CoA, deshidrogenasa mitocondrial de glicerol-3-fosfato, y la dihidrolipoil deshidrogenasa que actúa en los complejos de descarboxilación oxidativa. Fun fact: Las flavoproteínas pueden participar tanto en reacciones de transferencia de dos electrones como en transferencias de un solo electrón, lo que les permite mediar pasos redox donde otros cofactores no serían eficaces. ### Citocromos (excluyendo citocromos P450) - Estructura: hemoproteínas que contienen un grupo hemo con hierro que oscila entre Fe^{3+} y Fe^{2+} durante redox. - Función: actúan como transportadores de electrones en la cadena respiratoria, conectando flavoproteínas con la oxidasa de citocromo. > Definición: Un citocromo es una proteína que contiene hem y participa en el transporte de electrones mediante cambios en el estado de oxidación del hierro. ## Comparación: NAD/NADP vs FAD/FMNH | Característica | NAD⁺ / NADP⁺ | FAD / FMN | |---|---:|---:| | Origen | Niacina (vitamina B3) | Riboflavina (vitamina B2) | | Forma reducida | NADH / NADPH | FADH₂ / FMNH₂ | | Aceptación de electrones | 2 e^- y 1 H^+ (un H queda libre) | 2 e^- y 2 H^+ | | Unión a la enzima | Se disocian libremente | Suelen estar fuertemente ligados (prostéticos) | | Función metabólica típica | NADH: catálisis oxidativa; NADPH: biosíntesis | Transferencia a cadena respiratoria, reacciones que requieren pasos con radicales | ## Mecanismo general y ejemplos prácticos 1. Etapa de oxidación del sustrato: - El sustrato pierde dos átomos de hidrógeno (2 e^- + 2 H). 2. Captura por la coenzima: - Para NAD⁺: acepta 2 e^- + 1 H⁺ => forma NADH; el otro H⁺ queda libre. - Para FAD: acepta 2 e^- + 2 H⁺ => forma