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Principales enzimas antioxidantes




Enviado por lauraalemanp



    1. Funciones
      enzimáticas

    Una enzima es una proteína dotada de propiedades
    catalíticas que inducen principalmente a su poder de
    activación especifica, expresada por Dixon y Webb
    (1958).

    Las proteínas
    son moléculas químicas complejas, de elevado peso
    molecular, formados por ciertos números de
    α-aminoαcidos, de los que
    hay unos 20 distintos. La selección
    de diversos aminoácidos y él numero total de ellos,
    presentes en la molécula, así como la secuencia u
    orden en que están ligadas estas unidades ― por
    enlaces peptídico ― y el enrrollamiento y enlace
    cruzado de las cadenas resultantes, hace un numero de
    proteínas distintas posibles.

    Los catalizadores ― según la
    definición clásica, son agentes que
    afectan a la velocidad de
    una reacción química, y no son
    alterados durante el proceso de la
    reacción ya que se encuentran presentes al final de la
    reacción en idéntica cantidad y en las mismas
    condiciones físicas y químicas en las que se
    encontraban al comienzo de la misma. Las enzimas no son alterados
    por la reacción, pero por ser proteínas, resultan
    termolábiles y sensibles a los cambios y variaciones del
    medio ambiente
    físico en que se hallen.

    El desgaste de las enzimas es mucho mayor que otros
    catalizadores. Donde un catalizador actúa sobre un
    acelerador de una reacción química, o sea. , que
    exagera una tendencia ya presente. En el caso de compuestos
    orgánicos, que pueden participar en muy diversas
    reacciones, el incremento de velocidad dado por la enzima a uno
    de los sentidos de
    la reacción canaliza selectivamente a esta en tal dirección.

    El equilibrio
    intermedio de una reacción química viene
    determinado por la Ley de Masas y el
    catalizador no hace sino disminuir el tiempo para
    encontrar el equilibrio, pero no lo altera ni lo modifica. Pero
    el equilibrio puede quedar estancado, cuando la enzima o la
    cantidad de la enzima es igual a los elementos reaccionantes,
    como puede ocurrir a nivel celular. Usualmente se conoce que una
    enzima, acelera una reacción desde ambos términos
    de la ecuación, pero en términos experimentales, es
    difícil saber, o es con mayor frecuencia que enzimas
    diferentes puedan catalizar procesos
    recíprocos, uno hidrolizando un compuesto y el otro
    sintetizándolo.

    Una de las características más notables de
    las enzimas es su especificidad. Una enzima no es
    inespecífico en su acción
    catalítica, sino que esta acción se halla
    estrictamente limitada, ya que depende de su sustrato.
    Cuando una enzima actúa sobre un sustrato se dice que
    tiene especificidad absoluta, un ejemplo, tenemos la ureasa, que
    actúa solamente sobre la urea y no sobre otros compuestos
    de estructura
    similar, dándole una naturaleza
    absoluta sobre su sustrato. Muchos compuestos orgánicos
    presentes en la naturaleza son óptimamente activos. Los
    azúcares, por lo general, se hallan en su forma D-; los
    aminoácidos se encuentran, predominantemente, en el estado de
    L-isomeros. Cuando un sustrato de una enzima es
    óptimamente activo, la enzima canalizará la
    reacción en un solo sentido, son
    estéreoespecíficas; además cuando una enzima
    cataliza la conversión de un sustrato inactivo, la
    conversión es del isomero que se encuentra en
    la naturaleza. Tenemos que la enzima lactato deshidrogenasa oxida
    piruvato ―σptimamente inactivo― a L-lactato.
    Esta enzima puede catalizar la reacciσn,
    aunque más lentamente, de otros
    α-hidroxi-monocarboxilicos próximos al
    lactato.

    Si alguna enzima, no tiene un sustrato de estructura
    definida, salvo algún tipo particular de enlace, presenta
    baja especificidad.

    La interacción existente de una enzima con su
    sustrato, es mas bien de tipo eléctrico que espacial, pero
    no se puede invalidar la analogía de Fisher de la
    "llave-cerradura"; que acomoda la disposición de la enzima
    con respecto a su sustrato.

    No todas las enzimas son proteínas puras. Algunos
    son partes no proteicas unidas, a la porción proteica de
    la enzima, las cuales se les conoce como proteínas
    conjugadas. Cuando el agrupamiento " no proteico" resulta
    necesario para la actividad catalítica, recibe el nombre
    de grupo
    prostético y la porción proteica se le denomina
    apoenzima.

    La proteína conjugada, es llamada
    holoenzima Los metaloenzimas contienen un metal, que se
    halla firmemente ligado a algún grupo de la
    proteína, o bien se encuentran en el grupo
    prostético. Es importante mencionar, que la presencia de
    iónes metálicos, ― mono y
    divalentes ― puede actuar como activadores o
    aceleradores, tales como Na+; K+; Ca
    2+; Zn2+; Mn2+; Fe2+;
    Co2+; Ni2+. Hay cierto grado de necesidad
    especifica por estos iónes, los cuales pueden actuar
    estableciendo puentes entre enzimas y sustrato, pero
    verdaderamente los iónes resultan activadores porque
    reaccionan con el sustrato, de forma que el verdadero sustrato
    para la enzima no es la sustancia principal sino su complejo
    metálico.

    En alguno casos, aunque estén presentes todos los
    activadores necesarios y el sustrato se halle ligado a la enzima,
    la reacción no tiene lugar en ausencia de ciertas
    "sustancias" adicionales que actúan como "donante-aceptor"
    o transportador de grupo, las cuales son denominadas coenzimas y
    dos de las más importantes, dentro de los limites son la
    Coenzima I; nicotinamida-adenin-dinucleótido (NAD) y la
    Coenzima II; nicotinamida-adenin-inucleotidofosfato (NADP) , el
    flavin-mononucleotido (FMN), flavin-adenin-difosfato (FAD) y el
    ácido lipoico (ácido 6,8-ditioloctanoico) son
    también coenzimas transportadoras. La adenosin-trifosfato
    (ATP) y el guanosin-trifosfato (GTP) son coenzimas en la
    reacción de transporte de
    fosfato, la Coenzima A (Co A) en el transporte de grupos acilos, y
    el tiamin-pirofosfato en la descarboxilación de
    α-oxo-αcidos.

    En cualquier circunstancia, o exposición
    a agentes, que desnaturalicen las proteínas, destruye
    lógicamente su actividad enzimática. El calor, cambios
    extremos de pH, los
    rayos X,
    radiación
    ultravioleta, presiones muy elevadas, ciertas ondas sonoras
    inactivan las enzimas. Los agentes oxidantes y los precipitantes
    de las proteínas, como metales pesados,
    por su carga positiva y los reactivos de los alcaloides por su
    carga negativa, provocan la inactivación
    enzimática, pero la especialización de las enzimas
    hace de un grupo selectivo que actúan principalmente
    contra estos contaminantes, las cuales son denominadas enzimas
    antioxidantes.

    Las enzimas antioxidantes son esenciales para las
    células
    aeróbicas, puesto que mantienen dentro de niveles
    aceptables las concentraciones de especies químicas
    conocidas como radicales libres, que se caracterizan por
    presentar un electrón desapareado y por ser muy reactivas.
    De todos los radicales resultan de gran interés
    las especies reactivas de oxígeno
    (ROS), debido a la estructura birradicálica de esta
    molécula y al gran número de procesos que las
    generan y en los que pueden verse involucradas, en los diversos
    procesos celulares. El hecho de que la célula
    disponga en tanta abundancia del dispositivo defensivo
    constituido por las enzimas antioxidantes, pone en evidencia el
    importante grado de toxicidad que poseen los radicales
    libres.

    Durante el metabolismo
    aerobio se generan pequeñas cantidades de especies
    reactivas de oxígeno (ROS), incluyendo radicales hidroxilo
    (.OH), aniones superóxido
    (O2.-), y peróxido de hidrógeno (H2O2),
    como respuesta a estímulos externos e internos. Estas
    mínimas concentraciones de ROS pueden ser indispensables
    en muchos procesos, como el sistema de
    señales
    intracelulares (que está relacionado con otros procesos
    como la proliferación celular y la apoptosis), la
    inmunidad, y la defensa contra microorganismos.

    Sin embargo, altas dosis o una eliminación
    inadecuada de ROS dan lugar a estrés
    oxidativo, que puede causar graves disfunciones
    metabólicas y daño a
    macromoléculas biológicas. Va a existir, por tanto,
    una relación entre los niveles de las enzimas
    antioxidantes y los tres tipos de moléculas mensajeras
    (factores de crecimiento, prostaglandinas y óxido
    nítrico) implicadas en la homeostasis
    celular, es decir, un equilibrio entre el mantenimiento
    de las condiciones estáticas o constantes en el medio
    interno celular y el nivel de ROS.

    En síntesis
    se le esta dando la importancia de toxicidad que conllevan los
    radicales libres, durante los procesos biológicos donde
    una de las consecuencias del estrés oxidativo es la
    peroxidación lipídica, cuya prevención es
    esencial en todos los organismos aerobios, ya que los productos
    derivados de este proceso pueden interactuar con el ADN y son
    potencialmente mutágenos. Los epóxidos formados
    pueden reaccionar espontáneamente con centros
    nucleofílicos en la célula o
    unirse a los ácidos
    nucleicos (ADN y ARN).

    Esta reacción puede dar lugar a citotoxicidad,
    alergia, mutagénesis o carcinogénesis, dependiendo
    de las propiedades del epóxido en cuestión. En los
    organismos aerobios existen una gran variedad de sistemas de
    defensa antioxidante tanto enzimáticos como no
    enzimáticos, que se coordinan cooperativamente y protegen
    al organismo de los riesgos que
    conlleva el estrés oxidativo. Entre ellos destacan las
    actividades enzimáticas superóxido dismutasa
    (SOD), glutatión peroxidasa (GPX) y catalasa (CAT)
    ;
    glutatión (GSH) además del ácido
    ascórbico (vitamina C), alfa-tocoferol (vitamina E),),
    beta-caroteno, vitamina A, flavonoides y ácidos
    fenólicos.

    Por otro lado, también existe una relación
    entre los niveles de ROS celulares y el incremento ó
    descenso de las actividades de las enzimas antioxidantes. La
    adición de H2O2 causa un incremento,
    dosis dependiente, del ARNm de CAT en células que
    se encuentran en crecimiento exponencial. Además,
    también se detecta un incremento de los niveles
    estacionarios del ARNm de GPX y SOD, cuando hay una
    sobreexpresion de alguna de las enzimas antioxidantes da lugar a
    un menor daño oxidativo. Cuando el ADN resulta
    dañado por radicales hidroxilo se produce la especie
    8-oxo-2´-desoxiguanosina. La sobreexpresión de
    Cu/Zn-SOD y CAT causa un retardo en la
    acumulación de esta especie durante el crecimiento. El
    descontrol de todas estas especies reactivas de oxígeno
    puede, por tanto, afectar a diferentes procesos esenciales del
    organismo, siendo una de las piedras angulares en la
    génesis de distintas patologías.

    FUNCIONES
    ENZIMATICAS

    • Superóxido Desmutasa ( SOD)

    Descubierta por McCornd y Fridovich (1969), constituye
    la primera fase de defensa antioxidante, cataliza la
    reacción de destrucción de los radicales
    superóxido (O2-) mediante su
    transformación en peróxido de hidrógeno, el
    cual puede ser destruido a su vez por las actividades
    catalasa o glutatión peroxidasa.

    O2.- +
    O2.- + 2H+  ->
    H2O2 + O2

    Se han identificado cuatro clases de SOD: una de ellas
    contiene un cofactor con dos átomos metálicos, uno
    de Cu y otro de Zn. Las demás presentan cofactores
    mononucleares de Fe, Mn o Ni. FeSODs y MnSODs
    presentan homologías en cuanto a sus secuencias y
    estructura tridimensional. Además poseen residuos
    quelantes idénticos en el sitio activo. En humanos existen
    tres tipos de SOD: la Mn-SOD mitocondrial, la
    Cu/Zn-SOD citosólica y la SOD extracelular
    (EC-SOD).

    • Mn-SOD

    Es un homotetrámero de 96 kDa que contiene un
    átomo
    de Mn en cada subunidad. El átomo metálico cambia
    su estado de
    oxidación desde Mn(III) a Mn(II), volviendo de nuevo a
    Mn(III), durante los dos pasos que constituyen la reacción
    de dismutación del O2.-. La
    importancia biológica de la Mn-SOD se ha demostrado
    entre otros hechos por los siguientes:

    1) La inactivación de los genes de
    Mn-SOD en E. coli aumenta la frecuencia de
    mutaciones cuando las bacterias
    crecen bajo condiciones aerobias.

    2) La eliminación del gen en Saccharomyces
    cerevisiae
    aumenta su sensibilidad al
    oxígeno.

    3) La falta de expresión de la enzima en
    ratones transgénicos da lugar a miocardiopatías y
    elevada mortalidad neonatal.

    4) El factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa)
    induce selectivamente el ARNm de Mn-SOD, pero no el de
    Cu/Zn-SOD, CAT o GPX en tejidos de
    ratón y en células cultivadas.

    5) La transfección de ADNc de Mn-SOD en
    células cultivadas les confiere resistencia a
    la citotoxicidad inducida por paraquat (una sustancia que
    induce la generación intracelular de
    O2.-), TNF-alfa y adriamicina.

    6) La expresión de genes humanos de
    Mn-SOD en ratones transgénicos los protege de
    lesiones pulmonares inducidas por oxígeno y toxicidad
    cardiaca inducida por adriamicina.

    Así pues, aunque el contenido de Mn-SOD en
    tejidos humanos es aproximadamente la mitad del contenido de
    Cu/Zn-SOD, la expresión de Mn-SOD es
    esencial para la supervivencia de la vida aerobia y el desarrollo de
    resistencia celular a la toxicidad inducida por las sustancias
    reactivas de oxígeno.

    • Cu/Zn-SOD (SOD-1)

    Posee dos subunidades idénticas de unos 32 kDa,
    aunque a elevadas concentraciones de proteína en E.
    coli
    se encontró una estructura monomérica.
    Cada subunidad contiene un cluster metálico, el sitio
    activo, constituido por un átomo de Cu y otro de Zn.
    Mientras que la Mn-SOD existe en todos los tumores, y la
    relación de actividades Cu/Zn-SOD/Mn-SOD no difiere
    de la encontrada en tejidos normales, los tumores poseen menos
    Cu/Zn-SOD que los tejidos metabólicamente
    más activos. Por otro lado, la Mn-SOD es esencial
    para la vida, mientras que la Cu/Zn-SOD no lo es: los
    ratones con el gen Cu/Zn-SOD truncado aparentan ser
    normales y sólo muestran anomalías después
    de un daño traumático, mientras que los que
    tenían truncado el gen Mn-SOD no sobreviven
    más de tres semanas. Por otra parte, la supervivencia de
    ratones expuestos al 100% de oxígeno aumentó cuando
    se les inyectaron intravenosamente liposomas conteniendo
    SOD y CAT antes y durante la
    exposición.

    • EC-SOD

    Es una glucoproteína tetramérica, que
    contiene Cu y Zn. Se ha encontrado en los espacios intersticiales
    de tejidos y también en fluidos extracelulares. La
    EC-SOD no es inducida por su sustrato u otros oxidantes, y
    su regulación en tejidos de mamíferos ocurre en primer lugar de un modo
    coordinado por citocinas, en vez de como respuesta de las
    células individuales a los oxidantes.

    • Catalasa (CAT)

    Es una enzima tetramérica, con cuatro subunidades
    idénticas de 60 kDa dispuestas tetraédricamente y
    contiene cuatro grupos de ferro-protoporfirina por
    molécula. Es una de las enzimas conocidas más
    eficientes, tanto que no puede ser saturada por
    H2O2 a ninguna concentración,
    catalizando su conversión en H2O y
    O2, para proteger a las células del
    H2O2 que se genera en su interior. Con
    dadores de H (metanol, etanol, ácido fórmico,
    fenoles…) presenta actividad peroxidasa.

    2H2O2 
    ->  2H2O + O2

    ROOH + AH2 -> 
    H2O + ROH + A

    Por lo tanto, el H2O2 es
    catabolizado enzimáticamente en organismos aerobios por la
    catalasa y otras peroxidasas. En animales, el
    peróxido de hidrógeno sé destoxifica
    mediante las actividades de la catalasa y la
    glutatión peroxidasa. Aunque la catalasa no
    es esencial para algunos tipos de células en condiciones
    normales, tiene un importante papel en la adquisición de
    tolerancia al
    estrés oxidativo en la respuesta adaptativa de las
    células. La catalasa captura el
    H2O2 antes de que pueda escapar de la
    célula y lo convierte en oxígeno
    molecular.

    • Glutatión peroxidasa (GPX)

    Está formada por cuatro subunidades
    idénticas, y cada una de ellas contiene un residuo de
    selenocisteína, que es esencial para su actividad
    enzimática. La GPX comparte su sustrato con la
    catalasa, pero además puede reaccionar de manera efectiva
    con lípidos y
    otros hidroperóxidos orgánicos, catalizando la
    reducción de diferentes hidroperóxidos (ROOH y
    H2O2) usando glutatión reducido
    (GSH) que es transformado en glutation oxidado
    (GSSG) y así contribuye a la protección de
    las células de mamíferos contra el daño
    oxidativo.

    ROOH + 2GSH  ->  ROH + GSSG
    + H2O

    Se han encontrado al menos cinco isoenzimas de
    GPX en mamíferos. Aunque su expresión es
    ubicua, el nivel de cada isoforma varía dependiendo del
    tipo de tejido. La GPX citosólica ó mitocondrial
    (GPX1
    ) reduce los hidroperóxidos de ácidos
    grasos y el H2O2 a expensas del
    glutatión. La GPX1 y la GPX4 (PHGPX o
    fosfolípido hidroperóxido
    GPX) se
    encuentran en más tejidos. La GPX4 se localiza
    tanto en la fracción citosólica como en la
    membrana. PHGPX puede reducir directamente los
    hidroperóxidos de los fosfolípidos,
    peróxidos de ácidos grasos y hidroperóxidos
    de colesterol, que se producen en las membranas peroxidadas y en
    las lipoproteínas oxidadas.

    La GPX1 se encuentra predominantemente en
    eritrocitos, riñón e hígado, y la
    GPX4 se expresa mayoritariamente en células del
    epitelio renal y en los testículos. La GPX2 citosólica
    (o
    GPX-G1) y la GPX3 extracelular (o GPX-P) se
    detectan escasamente en la mayoría de los tejidos, excepto
    en el tracto intestinal y el riñón,
    respectivamente. Recientemente se ha encontrado un nuevo miembro,
    la GPX5, que es independiente de selenio y se expresa
    específicamente en el epidídimo de
    ratón.

    El ciclo rédox del glutatión es la
    mayor fuente de protección contra bajos niveles de
    estrés oxidativo, pero la catalasa es más
    importante a la hora de proteger contra el estrés
    oxidativo severo. En células animales, y especialmente en
    eritrocitos humanos, la principal enzima antioxidante para la
    destoxificación de H2O2 es la
    GPX, ya que la CAT presenta mucha menos afinidad
    por el H2O2.

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    REALIZADO POR:

    ALEMÁN PALACIOS, LAURA

    Tesis en la carrera de Licenciatura de
    Biología

    Universidad de Oriente, Núcleo de
    Sucre-Cumaná

    Venezuela

    NINOSKA

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