Una deshidrogenasa es una enzima perteneciente al grupo de las oxidorreductasas que oxida un sustrato reduciendo un aceptor de electrones, normalmente NAD + /NADP + [1] o una flavina coenzima como FAD o FMN . Como todos los catalizadores, catalizan reacciones tanto inversas como directas y, en algunos casos, esto tiene importancia fisiológica: por ejemplo, la alcohol deshidrogenasa cataliza la oxidación del etanol a acetaldehído en los animales, pero en la levadura cataliza la producción de etanol a partir de acetaldehído.
Las oxidorreductasas, enzimas que catalizan reacciones de oxidación-reducción, constituyen la Clase EC 1 de la clasificación IUBMB de reacciones catalizadas por enzimas. [2] Cualquiera de estas puede denominarse deshidrogenasas , especialmente aquellas en las que NAD + es el aceptor de electrones (oxidante), pero la reductasa también se utiliza cuando el énfasis fisiológico es la reducción del sustrato, y la oxidasa se utiliza sólo cuando el O 2 es el aceptor de electrones. [3] El nombre sistemático de una oxidorreductasa es "donante:aceptor oxidorreductasa", pero, cuando es posible, es más conveniente denominarlo "donante deshidrogenasa".
Las deshidrogenasas oxidan un sustrato transfiriendo hidrógeno a un aceptor de electrones, siendo los aceptores de electrones comunes NAD + o FAD. Esto se consideraría una oxidación del sustrato, en la que el sustrato pierde átomos de hidrógeno o gana un átomo de oxígeno (del agua). [4] El nombre "deshidrogenasa" se basa en la idea de que facilita la eliminación (des-) de hidrógeno (-hidrógeno-) y es una enzima (-asa). Las reacciones de la deshidrogenasa se presentan más comúnmente en dos formas: la transferencia de un hidruro y la liberación de un protón (a menudo con agua como segundo reactivo) y la transferencia de dos hidrógenos.
A veces, una reacción catalizada por deshidrogenasa se verá así: AH + B + ↔ A + + BH cuando se transfiere un hidruro .
A representa el sustrato que se oxidará, mientras que B es el aceptor de hidruro. Observe cómo cuando el hidruro se transfiere de A a B, A ha adquirido una carga positiva; esto se debe a que la enzima ha tomado dos electrones del sustrato para reducir el aceptor a BH.
El resultado de una reacción catalizada por deshidrogenasa no siempre es la adquisición de una carga positiva. A veces el sustrato pierde un protón. Esto puede dejar electrones libres en el sustrato que se mueven hacia un doble enlace. Esto sucede frecuentemente cuando el sustrato es un alcohol; Cuando el protón del oxígeno sale, los electrones libres del oxígeno se utilizarán para crear un doble enlace, como se ve en la oxidación del etanol a acetaldehído llevada a cabo por la alcohol deshidrogenasa en la imagen de la derecha. [2]
Otra posibilidad es que una molécula de agua entre en la reacción, aportando un ion hidróxido al sustrato y un protón al medio ambiente. El resultado neto sobre el sustrato es la adición de un átomo de oxígeno. Esto se ve por ejemplo en la oxidación del acetaldehído a ácido acético por la acetaldehído deshidrogenasa , un paso en el metabolismo del etanol y en la producción de vinagre.
En el caso anterior, la deshidrogenasa ha transferido un hidruro mientras liberaba un protón, H + , pero las deshidrogenasas también pueden transferir dos hidrógenos, utilizando FAD como aceptor de electrones. Esto se representaría como AH 2 + B ↔ A + BH 2 . Normalmente se forma un doble enlace entre los dos átomos de los que se tomaron los hidrógenos, como en el caso de la succinato deshidrogenasa . Los dos hidrógenos se han transferido al portador o al otro producto, con sus electrones.
La distinción entre las subclases de oxidorreductasas que catalizan reacciones de oxidación radica en sus aceptores de electrones. [5]
La deshidrogenasa y la oxidasa se distinguen fácilmente si se considera el aceptor de electrones. Una oxidasa también eliminará electrones de un sustrato, pero solo utiliza oxígeno como aceptor de electrones. Una de esas reacciones es: AH 2 + O 2 ↔ A + H 2 O 2 .
A veces, una reacción de oxidasa se verá así: 4A + 4H + + O 2 ↔ 4A + + 2H 2 O. En este caso, la enzima toma electrones del sustrato y usa protones libres para reducir el oxígeno, dejando el sustrato con una carga positiva. El producto es agua, en lugar de peróxido de hidrógeno como se ve arriba. Un ejemplo de oxidasa que funciona así es el complejo IV en la Cadena de Transporte de Electrones ( ETC ). [6]
Tenga en cuenta que las oxidasas normalmente transfieren el equivalente de dihidrógeno (H 2 ) y el aceptor es un dioxígeno. De manera similar, una peroxidasa (otra subclase de oxidorreductasas) utilizará un peróxido (H 2 O 2 ) como aceptor de electrones, en lugar de oxígeno. [2]
Las enzimas deshidrogenasas transfieren electrones del sustrato a un portador de electrones; El portador que se utilice depende de la reacción que tenga lugar. Los aceptores de electrones comunes utilizados por esta subclase son NAD + , FAD y NADP + . Los portadores de electrones se reducen en este proceso y se consideran oxidantes del sustrato. Los portadores de electrones son coenzimas que a menudo se denominan "cofactores redox". [5]
NAD + , o nicotinamida adenina dinucleótido, es un dinucleótido que contiene dos nucleótidos. Uno de los nucleótidos que contiene es un grupo adenina, mientras que el otro es nicotinamida. Para reducir esta molécula, se deben agregar un hidrógeno y dos electrones al anillo de 6 carbonos de la nicotinamida; se añade un electrón al carbono opuesto al nitrógeno cargado positivamente, lo que provoca una reordenación de los enlaces dentro del anillo para darle más electrones al nitrógeno; Como resultado, perderá su carga positiva. El otro electrón es "robado" de un hidrógeno adicional, dejando el ion hidrógeno en solución. [5] [7]
Reducción de NAD + : NAD + + 2H + + 2e − ↔ NADH + H +
NAD + se utiliza principalmente en vías catabólicas, como la glucólisis , que descomponen las moléculas de energía para producir ATP. La proporción de NAD + a NADH se mantiene muy alta en la célula, lo que la mantiene disponible para actuar como agente oxidante. [7] [8]
NADP + se diferencia de NAD + solo en la adición de un grupo fosfato al anillo de carbono de 5 miembros de adenosina. La adición del fosfato no altera la capacidad de transporte de electrones del portador. El grupo fosfato crea suficiente contraste entre los dos grupos como para que se unan al sitio activo de diferentes enzimas, catalizando generalmente diferentes tipos de reacciones. [8] [9]
Estos dos portadores de electrones se distinguen fácilmente por las enzimas y participan en reacciones muy diferentes. NADP + funciona principalmente con enzimas que catalizan vías anabólicas o biosintéticas. [9] Específicamente, NADPH actuará como agente reductor en estas reacciones, dando como resultado NADP + . Estas son vías que convierten sustratos en productos más complicados, utilizando ATP. El razonamiento detrás de tener dos transportadores de electrones separados para las vías anabólicas y catabólicas se relaciona con la regulación del metabolismo. [7] La proporción de NADP + a NADPH en la célula se mantiene bastante baja, de modo que el NADPH está fácilmente disponible como agente reductor; se usa más comúnmente como agente reductor que NADP + como agente oxidante. [8]
FAD , o dinucleótido de flavina y adenina, es un grupo protésico (una unidad no polipeptídica unida a una proteína necesaria para su funcionamiento) que consta de un nucleótido de adenina y un mononucleótido de flavina. [10] FAD es un aceptor de electrones único. Su forma completamente reducida es FADH 2 (conocida como forma de hidroquinona), pero el FAD también se puede oxidar parcialmente como FADH, ya sea reduciendo el FAD u oxidando el FADH 2 . [11] Las deshidrogenasas normalmente reducen completamente la FAD a FADH 2 . La producción de FADH es rara.
Los átomos de nitrógeno con doble enlace en FAD lo convierten en un buen aceptor para tomar dos átomos de hidrógeno de un sustrato. Debido a que se necesitan dos átomos en lugar de uno, el FAD suele estar involucrado cuando se forma un doble enlace en el sustrato recién oxidado. [12] FAD es único porque se reduce por dos electrones y dos protones, a diferencia de NAD + y NADP, que solo toman un protón.
Los aldehídos son el subproducto natural de muchos procesos fisiológicos, además de ser la consecuencia de muchos procesos industriales, emitidos al medio ambiente en forma de smog y gases de escape de los vehículos de motor. La acumulación de aldehídos en el cerebro y el pericardio puede ser perjudicial para la salud de una persona, ya que pueden formar aductos con moléculas importantes y provocar su inactivación. [13]
Teniendo en cuenta la prevalencia de los aldehídos, debe haber una enzima que facilite su oxidación a un compuesto menos volátil. Las aldehído deshidrogenasas (ALDH) son enzimas dependientes de NAD + que funcionan para eliminar los aldehídos tóxicos del cuerpo y funcionan principalmente en las mitocondrias de las células. Estas enzimas son en gran medida responsables de la desintoxicación del acetilaldehído, que es un intermediario en el metabolismo del etanol. Se ha demostrado que una mutación en el gen ALDH2 (uno de los 19 genes de la aldehído deshidrogenasa) es lo que provoca que en la población del este de Asia se enrojezca la cara después de consumir alcohol, debido a la acumulación de acetaldehído. [14] Esta acumulación de acetaldehído también causa dolores de cabeza y vómitos ( síntomas de resaca ) si no se descompone lo suficientemente rápido, otra razón por la cual las personas con deficiencias de acetaldehído DH tienen malas reacciones al alcohol. [15] Es importante destacar que la falta de esta enzima se ha relacionado con un aumento en el riesgo de infarto de miocardio , mientras que la activación ha demostrado la capacidad de la enzima para reducir el daño causado por la isquemia . [13]
Se ha demostrado que la desactivación de las aldehído deshidrogenasas es fundamental en los mecanismos de muchos cánceres. Las ALDH funcionan en la diferenciación celular, la proliferación, la oxidación y la resistencia a los medicamentos. [16] Estas enzimas son sólo un ejemplo de los muchos tipos diferentes de deshidrogenasas en el cuerpo humano; su amplia gama de funciones y el impacto que su desactivación o mutaciones tiene sobre procesos celulares cruciales subraya la importancia de todas las deshidrogenasas en el mantenimiento de la homeostasis corporal.
