Mikä on entsyymikofaktori?

Tohtori Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Hannah Simmons, M.Sc.

Making Life’s Reactions go Faster

Elävissä organismeissa tapahtuu monia kemiallisia reaktioita. Näillä reaktioilla on monia eri tehtäviä, kuten syömämme ruoan pilkkominen ja energian saaminen pilkotusta ruoasta. Tämän helpottamiseksi on olemassa ryhmä proteiineja, jotka tunnetaan nimellä entsyymit.

Ensiymit nopeuttavat (tai katalysoivat) näitä kemiallisia reaktioita, sillä ne toimivat vain yhden substraatin kanssa katalysoidakseen yhden reaktion. Monet entsyymit yhdistyvät muodostaen reittejä, jotka johtavat erilaisiin toimintoihin, kuten lihassupistukseen.

entsyymien toiminta. Image Credit: Designua /

Lisätekijät

Jotkut entsyymit vaativat toisen ei-proteiinimolekyylin lisäämistä toimiakseen entsyyminä. Näitä kutsutaan kofaktoriksi, ja ilman niitä entsyymit jäävät inaktiivisiin ”apoentsyymi”-muotoihin. Kun kofaktori lisätään, entsyymi muuttuu aktiiviseksi ”holoentsyymiksi”.

Kofaktorit voivat olla joko ioneja, kuten sinkki- ja rautaioneja, tai orgaanisia molekyylejä, kuten vitamiineja tai vitamiinijohdannaisia molekyylejä. Monet näistä kofaktoreista kiinnittyvät lähelle substraatin sitoutumiskohtaa helpottaakseen substraatin sitoutumista entsyymiin. Kofaktorit voidaan luokitella ”proteettisiksi ryhmiksi” tai ”koentsyymeiksi” sen mukaan, kuinka tiukasti ne ovat sitoutuneet entsyymiin; koentsyymit sitoutuvat löysemmin entsyymiin ja muuttuvat näin ollen entsyymireaktion aikana, kun taas proteettiset ryhmät ovat tiukemmin sitoutuneet entsyymiin, eivätkä ne muutu.

Proteettiset ryhmät

Nämä voivat olla ioneja, kuten dehydrogenaasientsyymeissä käytettäviä Zn2+-ioneja tai emäksisissä fosfataaseissa käytettäviä Fe2+-ioneja. Molekyylit, kuten tryptofaanitryptofylkinoni (TTQ), toimivat proteettisena ryhmänä metyyliamiinidehydrogenaasin katalysoimissa reaktioissa. Toinen molekyyli, flaviiniadeniinidinukleotidi (FAD), voi muodostua uudelleen entsymaattisen reaktion aikana, ja siksi sitä voidaan pitää proteettisena ryhmänä, koska sen kokonaiskonsentraatio ei muutu.

Molekyylien siirtäminen koentsyymien avulla

Jotkut koentsyymit siirtävät molekyylin entsymaattisen reaktion aikana. Esimerkiksi koentsyymi A siirtää asyyliryhmiä. Tiamiinipyrofosfaatti on toinen koentsyymi, joka siirtää aldehydejä. Pyridoksalfosfaatti siirtää aminoryhmiä, biotiini hiilidioksidia (CO2) ja karbamidikoentsyymit alkyyliryhmiä. Muut koentsyymit, kuten nikotiiniadeniinidinukleotidi (NAD), koentsyymi Q ja FAD, siirtävät elektroneja tai vetyatomeja.

Vitamiineista kofaktoreiksi

Vitamiinipohjaiset kofaktorit ovat välttämättömiä prosesseille, kuten näkökyvylle, veren hyytymiselle ja hormonituotannolle.

• Retinaalit, A-vitamiinin aldehydiversio, ovat kofaktoreita silmässä esiintyville opsineille. Opsiinit ovat apoproteiineja, jotka ovat vastuussa näkemisestä; rodopsiinia tarvitaan hämäränäköön ja jodopsiinia kirkkaaseen valoon ja värinäköön.
• Edellä mainittu tiamiinipyrofosfaatti on koentsyymi, joka on peräisin tiamiinista eli B1-vitamiinista. Tiamiinipyrofosfaatti on kofaktori entsyymeissä, jotka katalysoivat oksidatiivista dekarboksylaatiota ja transketolaasireaktioita.
• Riboflaviini eli B2-vitamiini on paitsi FAD:n myös flaviinimononukleotidin (FMN) esiaste. Kuten edellä mainittiin, FAD siirtää elektroneja, ja näin on myös FMN:n kohdalla. Nämä koentsyymit kuljettavat myös vetyatomeja hapetusreaktioita varten sitruunahappokierrossa ja elektroninkuljetusketjussa.
• B6-vitamiinista syntyy koentsyymit pyridoksalfosfaatti ja pyridoksamiinifosfaatti. Jopa 120 entsyymiä tarvitsee jonkun näistä koentsyymeistä kofaktorina; näihin kuuluvat dekarboksylaasit, dehydraasit, desulfydraasit, rasemaatit, syntaasit ja transaminaasit. Pyridoksaalifosfaatti ja pyridoksamiinifosfaatti osallistuvat myös proteiinien rakennusaineina olevien aminohappojen hajottamiseen.
• B12-vitamiini eli kobalamiini muuntuu koentsyymeiksi metyylikobalamiiniksi ja deoksiadenosyylikobalamiiniksi. Näitä koentsyymejä tarvitaan entsyymeissä, jotka muuttavat homokysteiinin aminohappo metioniiniksi, sekä aminohappojen ja rasvahappojen hapettumisessa. Lisäksi nämä koentsyymit avustavat metyyliryhmän poistamista metyylifolaatista, jota tarvitaan toisen koentsyymin, tetrahydrofolaatin, uudistamiseen.
• Askorbiinihappoa eli C-vitamiinia käytetään kofaktorina hydroksylaaseissa. Yksi hydroksylaasi, joka tarvitsee C-vitamiinia, on entsyymi, joka katalysoi proliinin ja lysiinin, kahden aminohapon, hydroksylaatiota. Tämä luo kollageeniin ristisidoksia, jotka tekevät sen rakenteesta vakaan. Myös sappihappojen muodostuminen kolesterolista edellyttää C-vitamiinia kofaktorina.
• Gammakarboksylaasit voivat tarvita K-vitamiinia kofaktorina. Tämä siirtää hiilidioksidia ja jättää karboksyylihapporyhmän, joka pystyy sitomaan kalsiumia. Gammakarboksylaasit katalysoivat osteokalsiinin muodostumista, joka on proteiini, joka vastaa luun uudelleenmuodostuksesta, sekä protrombiinin muodostumista, jota tarvitaan veren hyytymiseen.

Lisälukemista

• Kaikki entsyymisisällöt
• entsyymimekanismit
• entsyymikineettiset mekanismit
• asetolaktaattisyntaasin rakenne, toiminta ja lääkekehitys
• Mikä on maksan mikrosomaalinen entsyymijärjestelmä?

Kirjoittanut

Tohtori Maho Yokoyama

Tohtori Maho Yokoyama on tutkija ja tieteellinen kirjoittaja. Hän väitteli tohtoriksi Bathin yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa mikrobiologian alalta, jossa hän sovelsi funktionaalista genomiikkaa Staphylococcus aureukseen. Väitöskirjaopintojensa aikana Maho teki yhteistyötä muiden tutkijoiden kanssa useissa artikkeleissa ja julkaisi jopa joitakin omia töitään vertaisarvioiduissa tieteellisissä lehdissä. Hän myös esitteli työtään akateemisissa konferensseissa ympäri maailmaa.

Sitaatit