Co je enzymový kofaktor?

Od Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Recenzovala Hannah Simmons, M.Sc.

Making Life’s Reactions go Faster

V živých organismech probíhá mnoho chemických reakcí. Tyto reakce mají mnoho různých funkcí, včetně štěpení potravy, kterou přijímáme, a získávání energie z rozložené potravy. K usnadnění těchto reakcí slouží skupina bílkovin známých jako enzymy.

Enzymy tyto chemické reakce urychlují (neboli katalyzují), přičemž pracují pouze s jedním substrátem a katalyzují jednu reakci. Mnoho enzymů se spojuje a vytváří dráhy, které vedou k různým funkcím, například ke svalové kontrakci.

Funkce enzymů. Obrázek: Designua /

Další faktory

Některé enzymy vyžadují přidání další nebílkovinné molekuly, aby mohly fungovat jako enzym. Ty se nazývají kofaktory a bez nich zůstávají enzymy v neaktivních „apoenzymových“ formách. Po přidání kofaktoru se z enzymu stane aktivní „holoenzym“.

Kofaktory mohou být buď ionty, například ionty zinku a železa, nebo organické molekuly, například vitaminy nebo molekuly odvozené od vitaminů. Mnohé z těchto kofaktorů se připojí v blízkosti vazebného místa substrátu, aby usnadnily vazbu substrátu na enzym. Kofaktory lze klasifikovat jako „prostetické skupiny“ nebo „koenzymy“ podle toho, jak pevně jsou vázány na enzym; koenzymy se na enzym vážou volněji, a jsou tedy během enzymatické reakce modifikovány, zatímco prostetické skupiny jsou na enzym vázány pevněji a modifikovány nejsou.

Protetické skupiny

Mohou to být ionty, například ionty Zn2+ používané v enzymech dehydrogenázách nebo ionty Fe2+ používané v alkalických fosfatázách. Molekuly, jako je tryptofan tryptofylchinon (TTQ), působí jako prostetická skupina v reakcích katalyzovaných methylamindehydrogenasou. Další molekula, flavin adenindinukleotid (FAD), může být během enzymatické reakce přetvořena, a proto ji lze považovat za prostetickou skupinu, protože její celková koncentrace se nemění.

Přenos molekul pomocí koenzymů

Některé koenzymy přenesou molekulu během enzymatické reakce. Například koenzym A přenáší acylové skupiny. Dalším koenzymem, který přenáší aldehydy, je thiamin pyrofosfát. Pyridoxalfosfát přenáší aminoskupiny, biotin přenáší oxid uhličitý (CO2) a karbamidové koenzymy přenášejí alkylové skupiny. Další koenzymy, například nikotin adenindinukleotid (NAD), koenzym Q a FAD, přenášejí elektrony nebo atomy vodíku.

Od vitaminů ke kofaktorům

Kofaktory na bázi vitaminů jsou nezbytné pro procesy, jako je vidění, srážení krve a tvorba hormonů.

• Retinal, aldehydová verze vitaminu A, jsou kofaktory pro opsiny, které jsou přítomny v oku. Opsiny jsou apoproteiny, které jsou zodpovědné za vidění; rodopsin je potřebný pro vidění za šera a jodopsin pro vidění za jasného světla a barev.
• Výše zmíněný thiamin pyrofosfát je koenzym odvozený od thiaminu neboli vitaminu B1. Thiamin pyrofosfát je kofaktorem enzymů, které katalyzují oxidativní dekarboxylaci a transketolázové reakce.
• Riboflavin neboli vitamin B2 je prekurzorem nejen pro FAD, ale také pro flavin mononukleotid (FMN). Jak bylo uvedeno výše, FAD přenáší elektrony, a to platí i pro FMN. Tyto koenzymy také přenášejí atomy vodíku pro oxidační reakce v cyklu kyseliny citronové a v elektronovém transportním řetězci.
• Vitamín B6 dává vzniknout koenzymům pyridoxalfosfátu a pyridoxaminfosfátu. Až 120 enzymů vyžaduje jeden z těchto koenzymů jako kofaktor; patří mezi ně dekarboxylázy, dehydratázy, desulfydrázy, racemázy, syntázy a transaminázy. Pyridoxalfosfát a pyridoxaminfosfát se také podílejí na odbourávání aminokyselin, stavebních kamenů bílkovin.
• Vitamin B12 neboli kobalamin se mění na koenzymy methylkobalamin a deoxyadenosylkobalamin. Tyto koenzymy jsou potřebné v enzymech, které mění homocystein na methionin, aminokyselinu, a při oxidaci aminokyselin a mastných kyselin. Kromě toho tyto koenzymy pomáhají odstraňovat methylovou skupinu z methylfolátu, která je potřebná k regeneraci tetrahydrofolátu, dalšího koenzymu.
• Kyselina askorbová neboli vitamin C se používá jako kofaktor v hydroxylázách. Jednou z hydroxyláz, která potřebuje vitamin C, je enzym katalyzující hydroxylaci prolinu a lysinu, dvou aminokyselin. Tím se v kolagenu vytvářejí příčné vazby, díky nimž je jeho struktura stabilní. Tvorba žlučových kyselin z cholesterolu také vyžaduje přítomnost vitaminu C jako kofaktoru.
• Gamma-karboxylázy mohou vyžadovat vitamin K jako kofaktor. Ten přenáší CO2 a zanechává skupinu kyseliny karboxylové, která je schopna vázat vápník. Gama-karboxylázy katalyzují tvorbu osteokalcinu, což je bílkovina zodpovědná za remodelaci kostí, a také tvorbu protrombinu, který je potřebný pro srážení krve.

Další čtení

• Všechen enzymový obsah
• Enzymové mechanismy
• Enzymová kinetika
• Acetolaktát syntáza Struktura, funkce a vývoj léčiv
• Co je jaterní mikrosomální enzymový systém?

Napsal

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama je výzkumný pracovník a autor vědeckých článků. Doktorát získala na univerzitě v Bathu ve Velké Británii na základě disertační práce v oboru mikrobiologie, kde aplikovala funkční genomiku na Staphylococcus aureus . Během doktorského studia Maho spolupracovala s dalšími vědeckými pracovníky na několika pracích a některé své vlastní práce dokonce publikovala v recenzovaných vědeckých časopisech. Svou práci také prezentovala na vědeckých konferencích po celém světě.

Citace

.