¿Qué son las peroxidasas?
Las peroxidasas son, en su mayoría, hemoproteínas con actividad enzimática que catalizan la oxidación de una gran variedad de sustratos orgánicos e inorgánicos, empleando para ello peróxido de hidrógeno u otras sustancias relacionadas.
En su sentido más amplio, el término “peroxidasa” incluye enzimas como las NAD- y las NADP-peroxidasas, las ácido graso-peroxidasas, las citocromo-peroxidasas, las glutatión-peroxidasas y muchas otras enzimas no específicas.
No obstante, se emplea más comúnmente para referirse a las enzimas inespecíficas de diferentes fuentes que tienen actividad oxidorreductasa y que emplean peróxido de hidrógeno y otros sustratos para catalizar sus reacciones de óxido-reducción.
Las “hemo-peroxidasas” son sumamente comunes en la naturaleza. Se encuentran en animales, plantas superiores, levaduras, hongos y bacterias.
En los mamíferos, son producidas por los leucocitos, el útero, el bazo y el hígado, las glándulas salivales, las paredes estomacales, los pulmones, las glándulas tiroideas y otros tejidos.
En las plantas, las especies vegetales más ricas en peroxidasas son el rábano picante y el árbol de higo. La peroxidasa purificada a partir del rábano picante ha sido extensamente estudiada y empleada para diversos propósitos en la biología y la bioquímica experimental.
En las células eucariotas, estas importantes enzimas usualmente se encuentran en el interior de orgánulos especializados, conocidos como “peroxisomas”, que están rodeados por una membrana sencilla y que están implicados en numerosos procesos metabólicos celulares.
Estructura de las peroxidasas
A pesar de la poca homología que existe entre las diferentes clases de peroxidasas, se ha determinado que su estructura secundaria y la forma en que esta se organiza está bastante conservada entre las diferentes especies.
Existen algunas excepciones, pero la mayoría de las peroxidasas son glicoproteínas y se cree que los carbohidratos contribuyen a su estabilidad frente a elevadas temperaturas.
Estas proteínas tienen pesos moleculares que van desde los 35 hasta los 150 kDa, lo que equivale a 250 y 730 residuos aminoacídicos aproximadamente.
Con la excepción de la mieloperoxidasa, todas las moléculas de este tipo contienen en su estructura un grupo hemo que en estado de reposo presenta un átomo de hierro en estado de oxidación Fe+3. Las plantas poseen un grupo prostético conocido como ferroporfirina XI.
Las peroxidasas poseen dos dominios estructurales que “envuelven” el grupo hemo, y cada uno de estos dominios es producto de la expresión de un gen que sufrió un evento de duplicación. Dichas estructuras están compuestas por más de 10 hélices alfa unidas por bucles y giros polipeptídicos.
El plegamiento adecuado de la molécula parece depender de la presencia de residuos conservados de glicina y prolina, así como de un residuo de ácido aspártico y otro de arginina que forman un puente salino entre ellos que conecta ambos dominios estructurales.
Funciones de las peroxidasas
- Protección antioxidante. Una de las funciones más importantes es su papel en la protección antioxidante del organismo. El peróxido de hidrógeno es un subproducto normal del metabolismo celular y puede ser tóxico en concentraciones elevadas. Las peroxidasas ayudan a descomponer el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, evitando así el daño celular causado por el estrés oxidativo.
- Desintoxicación de xenobióticos. También pueden estar involucradas en la desintoxicación de sustancias químicas extrañas o xenobióticos que ingresan al organismo. Estas enzimas pueden ayudar a metabolizar y eliminar compuestos tóxicos, facilitando su excreción.
- Regulación del metabolismo del yodo. En la glándula tiroides, desempeñan un papel esencial en la síntesis de hormonas tiroideas, como la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3). Catalizan la incorporación de yodo en las moléculas precursoras de las hormonas tiroideas, lo que es crucial para el funcionamiento adecuado de la glándula tiroides y la regulación del metabolismo.
- Defensa inmunológica. Pueden estar involucradas en la respuesta inmunológica del organismo. Se han identificado en diferentes tipos de células inmunitarias, donde ayudan a combatir infecciones al contribuir a la producción de radicales libres y la eliminación de patógenos.
- Protección contra infecciones. Además de su papel en el sistema inmunológico, las peroxidasas secretadas en ciertos tejidos, como el tracto respiratorio y el tracto digestivo, pueden ayudar a proteger contra infecciones al eliminar bacterias y otros microorganismos patógenos.
- Modulación de procesos de señalización. Algunas peroxidasas también pueden relacionarse con la modulación de vías de señalización celular, lo que puede afectar diversos procesos fisiológicos, incluida la diferenciación celular y la regulación del crecimiento.
Mecanismo de acción
El proceso catalítico de las peroxidasas ocurre a través de pasos secuenciales que comienzan con la interacción entre el sitio activo de la enzima y peróxido de hidrógeno, lo que oxida el átomo de hierro en el grupo hemo y genera un compuesto intermediario inestable conocido como compuesto I (CoI).
La proteína oxidada (CoI) tiene, entonces, un grupo hemo con un átomo de hierro que pasó del estado de oxidación III al estado IV y para este proceso se redujo el peróxido de hidrógeno a agua.
El compuesto I es capaz de oxidar a un sustrato donador de electrones, formando un radical de sustrato y convirtiéndose en una nueva especie química conocida como compuesto II (CoII), que es posteriormente reducido por una segunda molécula de sustrato, regenerando el hierro en estado III y produciendo otro radical.
Tipos de peroxidasas
De acuerdo al organismo
Las peroxidasas se agrupan en tres clases, dependiendo del organismo donde se encuentren:
- Clase I: peroxidasas procariotas intracelulares.
- Clase II: peroxidasas fúngicas extracelulares.
- Clase III: peroxidasas vegetales secretadas.
Contrario a las proteínas de la clase I, las de las clases II y III poseen en sus estructuras puentes disulfuros construidos entre residuos de cisteína, lo que les otorga una rigidez considerablemente mayor.
Las proteínas de las clases II y III se diferencian también de las de la clase I en que por lo general poseen glicosilaciones en su superficie.
De acuerdo al sitio activo
Mecanísticamente hablando, las peroxidasas también pueden ser categorizadas de acuerdo con la naturaleza de los átomos que se encuentran en su centro catalítico. De esta forma, se han descrito las hemoperoxidasas (las más comunes), las vanadio-haloperoxidasas y otras.
- Hemoperoxidasas. Como ya se comentó, estas peroxidasas tienen un grupo prostético en su centro catalítico conocido como grupo hemo. El átomo de hierro en este lugar está coordinado mediante cuatro enlaces con los átomos de nitrógeno.
- Vanadio-haloperoxidasas. En lugar de un grupo hemo, las vanadio-haloperoxidasas poseen vanadato como grupo prostético. Estas enzimas han sido aisladas de organismos marinos y de algunos hongos terrestres. El vanadio en este grupo está coordinado por tres oxígenos no-proteicos, un nitrógeno proveniente de un residuo de histidina y un nitrógeno de un enlace azida.
- Otras peroxidasas. En este grupo se categorizan muchas haloperoxidasas bacterianas que tienen grupos prostéticos distintos al hemo o al vanadio. En este grupo también se encuentran las glutatión peroxidasas, que contienen un grupo prostético seleno-cisteínico y algunas enzimas capaces de oxidar lignina.
Referencias
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Walter, P. Essential Cell Biology. Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Banci, L. Structural properties of peroxidases. Journal of Biotechnology.
- Hamid, M., & Rehman, K. Potential applications of peroxidases. Food Chemistry.
- Rawn, J. D. Biochemistry. Neil Patterson Publishers.
- Stansfield, W. D., Colomé, J. S., & Cano, R. J. Molecular and Cell Biology (K. E. Cullen, Ed.). McGraw-Hill.