Las coenzimas y cofactores son componentes no proteicos que muchas enzimas requieren para la actividad catalítica. Los cofactores son iones inorgánicos como iones metálicos, mientras que las coenzimas son moléculas orgánicas, a menudo derivadas de vitaminas, que sirven como transportadores de electrones, átomos o grupos funcionales. Holoenzima se refiere a la enzima completa, catalíticamente activa con su cofactor, mientras que apoenzima es solo la porción proteica.
Cofactores de Iones Metálicos
Los iones metálicos participan en la catálisis enzimática a través de múltiples mecanismos. El zinc es cofactor de más de 300 enzimas, incluyendo alcohol deshidrogenasa, anhidrasa carbónica y metaloproteinasas de matriz. Funciona como un ácido de Lewis, coordinando moléculas de sustrato y estabilizando cargas negativas. El hierro es esencial para los citocromos, la hemoglobina y las proteínas de centros hierro-azufre involucradas en la transferencia de electrones. El magnesio es requerido por todas las quinasas que usan ATP como sustrato, formando el sustrato real MgATP. El calcio activa muchas proteínas de señalización y es esencial para los factores de coagulación sanguínea. El cobre se encuentra en la citocromo c oxidasa y la superóxido dismutasa.
NAD+ y NADH
El dinucleótido de nicotinamida y adenina se deriva de la niacina y funciona como transportador de iones hidruro en reacciones de oxidación-reducción. NAD+ acepta dos electrones y un protón para formar NADH. Es el aceptor de electrones principal en rutas catabólicas incluyendo la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la oxidación de ácidos grasos. Luego, NADH dona electrones a la cadena de transporte de electrones para la síntesis de ATP. La relación NAD+/NADH refleja el estado redox de la célula.
NADP+ y NADPH
NADP+ es estructuralmente idéntico a NAD+ excepto por un grupo fosfato adicional en la ribosa del nucleótido de adenina. NADPH sirve como donante de electrones para la biosíntesis reductiva en lugar de la producción de energía. Proporciona equivalentes reductores para la síntesis de ácidos grasos, síntesis de colesterol y la reducción del glutatión. La ruta de las pentosas fosfato es la principal fuente de NADPH, y la alta relación NADPH/NADP+ en el citosol impulsa las reacciones biosintéticas.
FAD y FMN
El dinucleótido de flavina y adenina y el mononucleótido de flavina se derivan de la riboflavina y funcionan como transportadores de electrones en reacciones de oxidación-reducción. A diferencia de NAD+, las flavinas pueden transferir uno o dos electrones y pueden existir en formas totalmente oxidadas, semiquinona o totalmente reducidas. FAD está firmemente unido a enzimas como la succinato deshidrogenasa en el ciclo del ácido cítrico y la acil-CoA deshidrogenasa en la oxidación de ácidos grasos. FMN es un cofactor en el complejo I de la cadena de transporte de electrones.
Coenzima A
La coenzima A se deriva del ácido pantoténico y funciona como transportador de grupos acilo. El grupo tiol terminal forma enlaces tioéster con ácidos carboxílicos, creando moléculas de acil-CoA activadas. La acetil-CoA es el metabolito central que conecta el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas. La succinil-CoA es un intermediario del ciclo del ácido cítrico. Los derivados de acil-CoA son los sustratos activados para la oxidación y síntesis de ácidos grasos.
Tiamina Pirofosfato
La tiamina pirofosfato se deriva de la vitamina B1 y sirve como cofactor para enzimas que catalizan la descarboxilación de alfa-cetoácidos y reacciones de transcetolación. Funciona estabilizando el intermediario carbanión formado después de la descarboxilación. La piruvato deshidrogenasa, la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa, la transcetolasa y la piruvato descarboxilasa requieren TPP.
Fosfato de Piridoxal
El fosfato de piridoxal se deriva de la vitamina B6 y es esencial para todas las reacciones que implican transformaciones de aminoácidos. Forma una base de Schiff con aminoácidos, estabilizando intermediarios para transaminación, descarboxilación y racemización. Las transaminasas usan PLP para transferir grupos amino entre aminoácidos y alfa-cetoácidos, conectando el metabolismo de aminoácidos con el ciclo del ácido cítrico.
Biotina
La biotina funciona como transportador de dióxido de carbono activado en reacciones de carboxilación. Está unida covalentemente a las carboxilasas a través de un residuo de lisina. Las enzimas dependientes de biotina incluyen la acetil-CoA carboxilasa, la piruvato carboxilasa y la propionil-CoA carboxilasa. La enzima biotinilada captura CO2 como carboxibiotina y lo transfiere al sustrato aceptor.
Tetrahidrofolato
El tetrahidrofolato se deriva del ácido fólico y funciona como transportador de unidades de un carbono en varios estados de oxidación. Participa en la síntesis de nucleótidos, el metabolismo de aminoácidos y las reacciones de metilación. El ciclo del folato proporciona las unidades de carbono necesarias para la síntesis de purinas y timidilato, lo que lo convierte en un objetivo para fármacos anticancerígenos como el metotrexato.
