DICCIONARIO MÉDICO
Hidroxilasa
Una hidroxilasa es una enzima que incorpora un grupo hidroxilo (un átomo de oxígeno unido a uno de hidrógeno, escrito como -OH) a otra molécula. Con ese pequeño cambio químico el organismo activa vitaminas, fabrica neurotransmisores, da consistencia al colágeno y prepara sustancias para su eliminación. Bajo el mismo nombre conviven familias de enzimas muy distintas entre sí, agrupadas por lo que hacen y no por cómo están construidas. La hidroxilasa cataliza una reacción llamada hidroxilación: la sustitución de un átomo de hidrógeno de una molécula por un grupo hidroxilo. El término combina «hidroxilo», el grupo -OH (de hydro-, agua, y oxys, oxígeno), con el sufijo -asa, que la bioquímica reserva para las enzimas desde que a finales del siglo XIX se aisló la primera, la diastasa. Dentro de la clasificación internacional de enzimas, las hidroxilasas figuran entre las oxidorreductasas, el grupo que gobierna las reacciones de oxidación y reducción. La mayoría son, más en concreto, oxigenasas: enzimas que toman oxígeno molecular del aire que respiramos y lo colocan sobre un sustrato. Un grupo hidroxilo parece un detalle menor. Cambia por completo el comportamiento de la molécula que lo recibe. Añadir un -OH suele volver la molécula más soluble en agua, más reactiva o biológicamente activa. Por eso la hidroxilación aparece en momentos decisivos del metabolismo: cuando una vitamina inerte debe convertirse en hormona, cuando un aminoácido tiene que transformarse en el precursor de un neurotransmisor, o cuando el hígado necesita hacer manejable un fármaco para expulsarlo. Buena parte de las hidroxilasas actúan como monooxigenasas. El nombre describe con precisión lo que ocurre: de los dos átomos que forman la molécula de oxígeno (O₂), uno se incorpora al sustrato como grupo hidroxilo y el otro se reduce hasta convertirse en agua. La reacción no sale gratis. Requiere una fuente de electrones, casi siempre coenzimas derivadas de vitaminas como el NADPH o el NADH, y con frecuencia un metal en el centro de la enzima que sujeta y transfiere esos electrones. Ese metal suele ser hierro. En unas hidroxilasas el hierro va engarzado en un grupo hemo, la misma estructura que da color a la sangre; en otras se encuentra libre, sin hemo, coordinado directamente por la proteína. Esta diferencia, aparentemente técnica, es la que permite ordenar la enorme variedad de hidroxilasas en unas pocas familias con lógica propia. La forma más útil de clasificarlas atiende al cofactor que necesitan para funcionar, porque ese detalle determina qué reacciones pueden catalizar y en qué tejidos. Las hidroxilasas del sistema del citocromo P450 son hemoproteínas versátiles. El hígado las emplea para transformar medicamentos y sustancias extrañas, pero también intervienen en rutas endógenas: activan la vitamina D y sintetizan hormonas esteroideas en la corteza suprarrenal y las gónadas. Un segundo grupo son las hidroxilasas de aminoácidos aromáticos, que comparten un cofactor peculiar, la tetrahidrobiopterina, junto con hierro no hemo. Son tres, hermanas entre sí. La fenilalanina hidroxilasa convierte fenilalanina en tirosina; la tirosina hidroxilasa da el primer paso de la síntesis de catecolaminas como la dopamina y la adrenalina; la triptófano hidroxilasa abre la ruta de la serotonina. Existe todavía una tercera familia, la de las dioxigenasas dependientes de hierro, 2-oxoglutarato y ácido ascórbico. A ella pertenecen las hidroxilasas que modifican el colágeno recién fabricado, la prolil hidroxilasa y la lisil hidroxilasa, responsables de generar hidroxiprolina e hidroxilisina. Su dependencia de la vitamina C explica por qué su carencia desmorona el tejido conjuntivo. Algunos ejemplos ayudan a ver hasta qué punto el organismo depende de estas enzimas. En el metabolismo de la vitamina D, la 25-hidroxilasa hepática produce el hidroxicolecalciferol circulante, y la 1-alfa-hidroxilasa renal genera después la forma hormonal activa. En la corteza suprarrenal, la 21-hidroxilasa y la 11-beta-hidroxilasa participan en la fabricación de cortisol y aldosterona. Cuando la 21-hidroxilasa falla por un defecto genético aparece la hiperplasia suprarrenal congénita. La 11-beta-hidroxilasa puede bloquearse de forma controlada con metirapona, un compuesto que se ha usado para explorar la reserva funcional de la glándula. El caso de la fenilalanina hidroxilasa es quizá el más conocido. Su ausencia o mal funcionamiento impide degradar la fenilalanina, que se acumula y daña el sistema nervioso en desarrollo. Ese trastorno es la fenilcetonuria, hoy detectable en la prueba del talón que se realiza a los recién nacidos. Conviene separar dos papeles distintos. La vitamina C actúa como cofactor de las hidroxilasas del colágeno: mantiene el hierro del centro activo en su estado reducido para que la enzima siga funcionando. La vitamina D, en cambio, no es cofactor sino sustrato: son las hidroxilasas las que la modifican para activarla. Una la usa la enzima; la otra la transforma la enzima. Casi. Toda hidroxilasa que introduce un solo grupo -OH tomando oxígeno del aire es, técnicamente, una monooxigenasa, porque incorpora un único átomo de oxígeno al sustrato y libera el otro como agua. Ahora bien, no todas las monooxigenasas terminan formando un grupo hidroxilo, de modo que los dos términos se solapan sin ser idénticos. La clave está en el destino del oxígeno. La hidroxilasa incorpora oxígeno a la molécula que modifica. Una oxidasa se limita a retirar electrones o hidrógenos del sustrato y cede el oxígeno para formar agua o peróxido, sin insertarlo en el producto. No. El citocromo P450, la superfamilia a la que pertenecen muchas hidroxilasas, se encuentra en bacterias, hongos, plantas y animales. Es uno de los sistemas enzimáticos más antiguos y extendidos de la biología.Qué es una hidroxilasa
Cómo trabaja: el mecanismo de hidroxilación
Tipos de hidroxilasas
Hidroxilasas concretas y su relevancia clínica
Preguntas frecuentes
¿Por qué muchas hidroxilasas necesitan vitamina C o vitamina D en su entorno?
¿Es lo mismo una hidroxilasa que una monooxigenasa?
¿Qué diferencia a una hidroxilasa de una oxidasa?
¿Actúan las hidroxilasas solo dentro de la célula humana?
Referencias
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Infografías realizadas con https://BioRender.com
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