Coenzima

Qué es una coenzima

En bioquímica, el término coenzima designa un compuesto orgánico de masa molecular relativamente pequeña que una enzima necesita para ejercer su función catalítica. La Real Academia Española lo define como «componente orgánico no proteínico de una enzima, que interviene en la reacción catalizada por esta». La palabra combina el prefijo latino co- (con, junto a) y enzima, voz que procede del griego ἔνζυμον (énzymon, literalmente «en la levadura»), acuñada por Wilhelm Kühne en 1877 para referirse a los fermentos solubles que la levadura de cerveza cedía al medio.

Conviene situar la coenzima dentro de un esquema más amplio. La parte proteica de una enzima, por sí sola inactiva, recibe el nombre de apoenzima. Cuando la apoenzima se une al componente no proteico que necesita para funcionar, el conjunto resultante se denomina holoenzima: esa es la forma catalíticamente competente. El componente no proteico, a su vez, recibe el nombre genérico de cofactor. Y aquí viene la distinción que conviene tener clara: los cofactores pueden ser iones metálicos inorgánicos (zinc, hierro, magnesio, entre otros) o bien moléculas orgánicas. Cuando el cofactor es orgánico, se habla de coenzima.

La relación entre coenzimas y vitaminas del grupo B es casi inseparable. El NAD+ procede de la nicotinamida (vitamina B3); el FAD se sintetiza a partir de la riboflavina (vitamina B2); la coenzima A tiene como precursor el ácido pantoténico (vitamina B5); el piridoxal fosfato deriva de la vitamina B6, y la biotina (vitamina B7) actúa directamente como coenzima en reacciones de carboxilación. Esa dependencia nutricional explica por qué las avitaminosis B se manifiestan como trastornos metabólicos: si falta la vitamina precursora, la coenzima no se sintetiza y las reacciones que dependen de ella se detienen.

Cosustrato y grupo prostético: dos modos de unión

No todas las coenzimas se relacionan del mismo modo con la enzima a la que asisten. Algunas se unen de forma transitoria, participan en la reacción, se modifican químicamente y se liberan para regenerarse en otra reacción distinta. El NAD+ funciona así: acepta dos electrones y un protón de un sustrato, se convierte en NADH y abandona la enzima para ceder esos electrones en otro punto de la célula. A este tipo de coenzima se lo denomina cosustrato, porque la cinética de la reacción lo trata como si fuera un segundo sustrato.

Otras coenzimas permanecen unidas covalentemente a la apoenzima durante toda la vida funcional de la proteína. El FAD en la succinato deshidrogenasa del complejo II mitocondrial es un ejemplo clásico: no se disocia después de reducirse a FADH₂, sino que se reoxida in situ y vuelve a estar disponible sin abandonar el sitio activo. A las coenzimas firmemente unidas se las llama grupos prostéticos. La frontera entre ambas categorías no siempre es nítida, porque el grado de afinidad varía de una enzima a otra, pero la distinción resulta útil para entender la cinética de muchas vías metabólicas.

Funciones en el metabolismo celular

La tarea más frecuente de las coenzimas consiste en actuar como mensajeras químicas de corto recorrido: recogen un grupo químico en una reacción y lo entregan en otra. El NAD+ y el FAD transportan electrones y protones en las reacciones de oxidación-reducción que alimentan la cadena respiratoria y, finalmente, la síntesis de ATP. La coenzima A carga y descarga grupos acilo, canalizando ácidos grasos y fragmentos de dos carbonos hacia el ciclo de Krebs o hacia la lipogénesis. La biotina transfiere dióxido de carbono en reacciones de carboxilación como la catalizada por la piruvato carboxilasa.

Hay coenzimas cuyo papel escapa al patrón de transferencia de grupos. La coenzima Q (ubiquinona) es una molécula lipófila que transporta electrones entre complejos de la membrana mitocondrial interna, y se la clasifica como coenzima aunque su modo de acción se parece más al de un transportador redox móvil que al de un cosustrato clásico. La coenzima B12 interviene en reordenamientos intramoleculares del esqueleto carbonado que no encajan en la categoría habitual de transferencia de grupos; el átomo de cobalto de su anillo de corrina genera radicales libres controlados que permiten migraciones 1,2 de sustituyentes.

Diferenciación con el cofactor

En el uso informal, coenzima y cofactor se emplean a veces como sinónimos. La distinción formal es sencilla: cofactor es el término genérico para cualquier componente no proteico que una enzima necesita, sea orgánico o inorgánico. Las coenzimas son, por tanto, un subconjunto de los cofactores: aquellos de naturaleza orgánica. El ion Zn²⁺ de la anhidrasa carbónica es un cofactor, pero no una coenzima. La coenzima A es, simultáneamente, cofactor y coenzima. Cuando el contexto es exclusivamente bioquímico y se habla de moléculas orgánicas, la diferencia importa poco; cuando se incluyen metaloenzimas, conviene usar los términos con precisión.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra coenzima?

Del prefijo latino co- (junto con) y el sustantivo enzima, derivado del griego ἔνζυμον (énzymon, «en la levadura»). El término se acuñó a principios del siglo XX, cuando se comprobó que ciertos componentes dialízables y termoestables eran indispensables para que extractos enzimáticos conservaran su actividad catalítica. Arthur Harden y William John Young emplearon ya en 1906 el concepto de «cozymasa» para referirse al componente termoestable que necesitaba la zigmasa de la levadura para fermentar la glucosa.

¿Es lo mismo una coenzima que una vitamina?

No. Una vitamina es un nutriente que el organismo no puede sintetizar en cantidad suficiente y debe obtener de la dieta. Muchas vitaminas hidrosolubles del grupo B son precursoras de coenzimas: el cuerpo las transforma mediante reacciones enzimáticas en la molécula activa que la enzima necesita. La riboflavina, por ejemplo, se fosforila y adenila hasta convertirse en FAD. La vitamina en sí no actúa directamente como cofactor; es la coenzima resultante la que lo hace.

¿Las coenzimas se consumen durante la reacción?

Depende de cómo se defina «consumir». Se modifican químicamente: aceptan o ceden electrones, grupos metilo, grupos acilo u otros sustituyentes. Pero se regeneran en reacciones acopladas y pueden reutilizarse muchas veces, los sustratos, en cambio, se transforman irreversiblemente en productos. Esa capacidad de reciclaje es lo que permite a una célula funcionar con cantidades muy pequeñas de coenzimas.

¿Qué ocurre si falta una coenzima?

La enzima que la necesita queda como apoenzima inactiva y la reacción que cataliza se bloquea. Cuando el déficit afecta a coenzimas derivadas de vitaminas, el cuadro clínico reproduce la avitaminosis correspondiente: el beriberi en la carencia de tiamina (precursora del pirofosfato de tiamina), la pelagra en la de niacina (precursora del NAD+) o la anemia megaloblástica en la de cobalamina (precursora de las coenzimas B12). En la práctica clínica, muchas enfermedades carenciales son, en el fondo, defectos funcionales de enzimas que han perdido su cofactor orgánico.

Referencias

1. Real Academia Española. Coenzima. Diccionario de la lengua española, 23.ª edición.
2. Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. W.H. Freeman, 8.ª edición.
3. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Vitaminas B. MedlinePlus en español.
4. National Institutes of Health, Office of Dietary Supplements. Pantothenic Acid: Fact Sheet for Health Professionals.