Kofaktor (biokjemi)

En kofaktor (også kofaktor ) er en ikke-proteinkomponent i biokjemi som, i tillegg til proteininnholdet i et bestemt enzym, er essensiell for dets katalytiske aktivitet.

De generiske begrepet kofaktor omfatter i tillegg uorganiske komponenter, så som metall - ioner forskjellige organiske molekyler som ikke er av aminosyrer er utformet og endres på enzymaktivitet. Sistnevnte gruppe er oppsummert under inngrep av koenzym ( koenzym ). I tilfelle av en ikke-kovalent binding, betegnelsen ko-substratet (ko-substrat ) blir ofte brukt , mens begrepet prostetiske gruppe er brukt for en fast, mer permanent binding . Imidlertid gis ikke alltid en presis avgrensning av begrepene, slik at forskjellige forfattere har forskjellige definisjoner og klassifiseringer. Kofaktorer kan grovt klassifiseres som følger:

Koenzym Prostetisk gruppe Et organisk molekyl som er bundet til et enzym med høy affinitet eller kovalent ; protesegruppen kan ikke ta avstand .
Kosubstrat Et organisk molekyl med lav molekylvekt som binder ikke-kovalent til et enzym og dissosieres igjen etter katalyse. Under reaksjonen aksepterer eller frigjør den kjemiske grupper, protoner eller elektroner, som endrer reaktiviteten. Et koenzym dukker opp som et kosubstrat - som en protetisk gruppe - endret fra reaksjonen og må derfor konverteres tilbake til sin forrige tilstand, men dette skjer vanligvis ikke på enzymet.
Metallion Et metallion som er bundet til et enzym og som kreves for katalyse, er også en kofaktor. Det tilsvarende enzymet kalles et metalloenzym .

Et enzymkompleks med en bundet kofaktor kalles et holoenzym , uten en kofaktor et apoenzym . Forbindelser som forekommer allestedsnærværende , for eksempel vann, teller ikke blant kofaktorene - og heller ikke blant substratene - selv om de ofte er involvert i reaksjoner.

Protesegrupper

Hvordan et enzym med en protesegruppe fungerer

En ikke-proteinkomponent med en katalytisk effekt som er fast (vanligvis kovalent ) bundet til et protein, blir referert til som en protesegruppe (sminket ord fra gammelgresk προστίθημι 'satt foran ') . Siden det ofte kommer endret fra katalysen, må det regenereres av enzymet.

Eksempler

Koenzymer, kosubstrater

Hvordan et enzym fungerer med koenzym (kosubstrat)

Et kosubstrat eller koenzym er et organisk molekyl med lav molekylvekt som binder ikke- kovalent til enzymet og dissosieres igjen etter katalyse . Under reaksjonen absorberer den eller frigjør funksjonelle grupper , protoner, elektroner eller energi (se også donor-akseptor-prinsippet ). Så det kommer fram - som protesegruppen - endret fra reaksjonen og må derfor fornyes. Dette skiller også koenzymet fra for eksempel allosteriske effektorer . Dens regenerering finner vanligvis sted i en etterfølgende reaksjon. Siden koenzymet mer som et substrat for fungerer som et enzym, er det ofte mer hensiktsmessig som det kalles ko-substrat .

Et vanlig kosubstrat av enzymatisk katalyserte reaksjoner er adenosintrifosfat (ATP), hvorfra høgenergifosfatgrupper (med dannelse av ADP eller AMP ) kan overføres til andre molekyler, og disse kan aktiveres. Noen andre koenzymer er derivater av vitaminer .

Stoffets navn Koenzymnavn Derivat av Funksjonstype
Adenosintrifosfat (ATP) - - forsyner energi ved å dele opp et fosfat ,
overfører fosfat til underlaget ( fosfatgiver )
Adenosindifosfat (ADP) - - aksepterer fosfat fra underlaget ( fosfatakseptor )
Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD) Koenzym I. - NAD + : elektron- og protonakseptor, oksidasjonsmiddel
NADH: elektron- og protondonor, reduksjonsmiddel
Nikotinamid-adenindinukleotidfosfat (NADP) Koenzym II - NADP + : elektron- og protonakseptor, oksidasjonsmiddel
NADPH: elektron- og protondonor, reduksjonsmiddel
Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) - Vitamin B 2 FAD: elektron- og protonakseptor, oksidasjonsmiddel
FADH 2 : elektron- og protondonor, reduksjonsmiddel
Pyridoksal fosfat - Vitamin B 6
Tetrahydrofolinsyre Koenzym F Vitamin B 9 Metylgruppedonor
Kobalaminer Koenzym B 12 Vitamin B 12
Askorbinsyre - vitamin C Reduksjonsmiddel
Koenzym A Koenzym A -
Ubiquinone-10 Koenzym Q 10 -
α-liponsyre - -

For en komplett liste over koenzymer / kofaktorer som er anerkjent av enzymkommisjonen til International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB), se kategorien: Coenzyme .

Eksempler

Pyridoksal fosfat

Pyridoksalfosfat , aktivert pyridoksin (vitamin B- 6 ), for eksempel, er et koenzym i det aktive senter av transaminaser . Her katalyserer det i det første trinnet deaminering av aminosyrer til alfa - keto-syrer (med dannelsen av pyridoksaminfosfat), i det andre overføringen av aminogruppen til en annen alfa-keto-syre (såkalt ping-pong -bi-bi mekanisme ifølge Wallace W. Cleland ). I dette tilfellet regenereres pyridoksalfosfat på enzymet. Det er også et koenzym av dekarboksylaser , som brukes til å bryte ned aminosyrer.

Koenzym A

Et annet eksempel er koenzym A , som er involvert i forskjellige trinn av sitronsyresyklusen så vel som i fettsyremetabolismen i fri og acetylert form .

FAD, NAD, NADP

I forskjellige nedbrytningstrinn i sitronsyresyklusen , men også i glykolyse , fungerer koenzymer flavin adenindinukleotid (FAD) og nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) som elektron- og protonakseptorer eller donorer . På denne måten formidler de overføring av elektroner fra en edukt til en annen. Nikotinamid-adenindinukleotidfosfat (NADP) tar en lignende rolle i motsatt retning i byggeprosesser som biosyntese av fettsyrer . FAD kan være kovalent bundet i noen enzymer, det antas at dette er tilfelle hos ca. 10% av alle flavoproteiner. Et eksempel på dette vil være succinatdehydrogenase .

Ubiquinone

Et annet eksempel er elektronbæreren ubiquinon , koenzymet Q i prosessen med aerob energiforsyning, kalt oksidativ fosforylering . Ved å akseptere og frigjøre elektroner eller protoner, formidler det deres overføring mellom de membranbundne proteinkompleksene I, II og III i luftveiskjeden i mitokondriene .

Metallioner

Ioner av metaller som jern (Fe), magnesium (Mg), mangan (Mn), kobolt (Co), kobber (Cu), sink (Zn) eller molybden (Mo) er ofte medvirkende faktorer av forskjellige enzymer. I denne rollen blir de viktige sporstoffer i mat som en organisme leverer. Et enzym hvis aktive form inneholder metallioner kalles metalloenzym . Et metallatom kan bidra til å stabilisere proteinstrukturen, mens det i det aktive sentrum brukes til å katalysere en viss reaksjon . Hvis det er avgjørende for enzymfunksjonen, kan mangel på metall bli en begrensende faktor .

Tilstedeværelsen av en sink kation indikerer ofte dens funksjon som en Lewis-syre , f.eks. B. i peptidaser eller sinkfingerproteiner . Tilstedeværelsen av et bestemt metallion gir imidlertid bare en omtrentlig indikasjon på enzymets funksjon. For det første kan forskjellige enzymer kreve samme kofaktor. På den annen side kan metalloenzymer med lignende funksjon i andre arter bruke et annet metallion. Årsaken til dette er vanligvis den forskjellige tilgjengeligheten av de respektive metallene i organismenes boareal. Borrelia burgdorferi- bakterien kan for eksempel klare seg uten jern fordi den i stedet bruker mangan som en kofaktor. Et annet eksempel er bruk av kobber i stedet for jern for oksygenaktivering.

Av metalloproteiner er når for eksempel jordalkalimetaller som kalsium og magnesium er behagelige for strukturen og folding, påvirker proteiner, men ikke bidrar til en katalytisk effekt.

Eksempler

Enzyminhibering

Stoffer som er lik den kofaktor i form av dens bindingsegen-skaper og kan også kompleks med enzymet er konkurrerende inhibitorer ; de hemmer enzymet ved å konkurrere om bindingsstedet for kofaktoren.

Se også

weblenker

hovne opp

Individuelle bevis

  1. ↑ Oppføring på medfaktorer . I: IUPAC Compendium of Chemical Terminology ("Gullboken") . doi : 10.1351 / goldbook.C01128 Versjon: 2.3.1.
  2. ^ Oppføring på koenzymer . I: IUPAC Compendium of Chemical Terminology ("Gullboken") . doi : 10.1351 / goldbook.C01126 Versjon: 2.3.1.
  3. ↑ Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich: Biochemistry and Pathobiochemistry. 8. utgave.
  4. ↑ Dominic PHM Heuts, Nigel S. Scrutton, William S. McIntire, Marco W. Fraaije: Hva er i en kovalent binding?: Om rollen og dannelsen av kovalent bundne flavinkofaktorer . I: FEBS Journal . teip 276 , nr. 13. 11. juni 2009, s. 3405–3427 , doi : 10.1111 / j.1742-4658.2009.07053.x ( wiley.com [åpnet 23. september 2019]).
  5. ↑ Martin Mewies, William S. McIntire, Nigel S. Scrutton: Kovalent binding av flavinadenindinukleotid (FAD) og flavin mononukleotid (FMN) til enzymer: Den aktuelle tilstand . I: Protein Science . teip 7 , nei. 1 , januar 1998, s. 7–21 , doi : 10.1002 / pro.5560070102 , PMID 9514256 , PMC 2143808 (fri fulltekst).
  6. ^ JE Posey, FC Gherardini: Mangel på en rolle for jern i Lyme-sykdomspatogenet . I: Vitenskap . teip 288 , nr. 5471 , juni 2000, s. 1651-1653 , PMID 10834845 .
  7. ↑ T. Ju, RB Goldsmith et al.: Ett protein, to enzymer revisited: en strukturell entropi-bryter konverterer de to isoformene av acireductone dioxygenase. I: Journal of molecular biology. Volum 363, nummer 4, november 2006, s. 823-834, doi: 10.1016 / j.jmb.2006.08.060 . PMID 16989860 , PMC 1808343 (fri fulltekst).