Allgemeine Informationenbearbeiten
Cofaktoren sind anorganische und organische Chemikalien, die Enzyme bei der Katalyse von Reaktionen unterstützen. Coenzyme sind Nicht-Protein-organische Moleküle, die meist Derivate von Vitaminen sind, die durch Phosphorylierung in Wasser löslich sind; Sie binden Apoenzym an Proteine, um ein aktives Holoenzym zu produzieren. Apoenzyme sind Enzyme, denen ihr notwendiger Cofaktor (s) für das richtige Funktionieren fehlt; Die Bindung des Enzyms an ein Coenzym bildet ein Holoenzym. Holoenzyme sind die aktiven Formen von Apoenzymen.
div Cofaktoren können Metalle oder kleine organische Moleküle sein, und ihre primäre Funktion besteht darin, die Enzymaktivität zu unterstützen. Sie sind in der Lage, bei der Durchführung bestimmter, notwendiger Reaktionen zu helfen, die das Enzym nicht alleine durchführen kann. Sie sind in Coenzyme und prothetische Gruppen unterteilt. Ein Holoenzym bezieht sich auf ein katalytisch aktives Enzym, das sowohl aus Apoenzym (Enzym ohne Cofaktor) als auch aus Cofaktor besteht. Es gibt zwei Gruppen von Cofaktoren: Metalle und kleine organische Moleküle, die Coenzyme genannt werden. Coenzyme sind kleine organische Moleküle, die normalerweise aus Vitaminen gewonnen werden. Prothetische Gruppen beziehen sich auf eng gebundene Coenzyme, während Cosubstrate sich auf lose gebundene Coenzyme beziehen, die auf die gleiche Weise wie Substrate und Produkte freigesetzt werden. Lose gebundene Coenzyme unterscheiden sich von Substraten dadurch, dass dieselben Coenzyme von verschiedenen Enzymen verwendet werden können, um eine ordnungsgemäße Enzymaktivität zu bewirken.
Allgemeine Formel
Metall-Cofaktorenbearbeiten
Metallionen sind übliche Enzym-Cofaktoren. Einige Enzyme, die als Metalloenzyme bezeichnet werden, können ohne ein gebundenes Metallion im aktiven Zentrum nicht funktionieren. In der täglichen Ernährung spielt diese Art von Cofaktor eine Rolle als essentielle Spurenelemente wie Eisen (Fe3 +), Mangan (Mn2 +), Kobalt (Co2 +), Kupfer (Cu2 +), Zink (Zn2+), Selen (Se2 +) und Molybdän (Mo5 +). Zum Beispiel wird Mg2 + in der Glykolyse verwendet. Im ersten Schritt der Umwandlung von Glucose in Glucose-6-Phosphat, bevor ATP verwendet wird, um ADP und eine Phosphatgruppe zu ergeben, wird ATP an Mg2 + gebunden, wodurch die beiden anderen Phosphatgruppen stabilisiert werden, so dass es einfacher ist, nur eine Phosphatgruppe freizusetzen. Bei einigen Bakterien wie der Gattung Azotobacter und Pyrococcus furiosus spielen auch Metall-Cofaktoren eine wichtige Rolle. Ein Beispiel für Cofaktoren in Aktion ist die Zink-vermittelte Funktion der Carboanhydrase oder die Magnesium-vermittelte Funktion der Restriktionsendonuklease.
Coenzymbearbeiten
Ein Coenzym ist ein kleines, organisches, Nicht-Protein-Molekül, das chemische Gruppen zwischen Enzymen trägt. Es ist der Cofaktor für das Enzym und bildet keinen dauerhaften Bestandteil in der Struktur des Enzyms. Manchmal werden sie Cosubstrate genannt und gelten als Substrate, die lose an das Enzym gebunden sind. Im Stoffwechsel spielen Coenzyme eine Rolle bei Gruppentransferreaktionen wie ATP und Coenzym A sowie bei Oxidations-Reduktions-Reaktionen wie NAD + und Coenzym Q10. Coenzyme werden häufig verbraucht und recycelt. Chemische Gruppen werden kontinuierlich durch ein Enzym hinzugefügt und abgetrennt. Das ATP-Synthase-Enzym phosphoryliert und wandelt das ADP in ATP um, während die Kinase das ATP auch kontinuierlich zu ADP zurückphosphoryliert. Coenzymmoleküle werden hauptsächlich aus Vitaminen gewonnen. Sie werden auch häufig aus Nukleotiden wie Adenosintriphosphat und Coenzym A hergestellt.
Durch weitere Untersuchungen der Coenzymaktivität und ihrer Bindungswirkung auf das Enzym kann mehr darüber aufgedeckt werden, wie sich das Enzym konform und funktionell verändert. Ein Beispiel ist die MAPEG-Gruppe von integralen Membranenzymen. Diese Enzyme sind entscheidend für die katalytische Umwandlung lipophiler Substrate, die an der Produktion von Arachidonsäure-abgeleiteten Botenstoffen und der xenobiotischen Entgiftung beteiligt sind. Durch die Verwendung eines gebundenen Detergens, um den Cofaktor eines MAPEG-Enzyms, Glutathion, nachzuahmen, wird eine neue aktive Stelle, die für lipophiles Substrat spezifisch ist, aufgedeckt; Somit können weitere Studien zeigen, wie diese Substrate an diese zweite Form des Enzyms binden .
Important CoenzymesEdit
NADHEdit
nicotinamide adenine dinucleotide is a coenzyme derived from vitamin B3. In NAD+ the functional group of the molecule is only the nicotinamide part. NAD+ is capable of carrying and transferring electrons and functions as oxidizing agent in redox reactions. Es funktioniert auch als Substrat für DNA-Ligasen in der posttranslationalen Modifikation, wo die Reaktion Acetylgruppen aus Proteinen entfernt. Darüber hinaus oxidiert NAD + bei der Glykolyse und im Zitronensäurezyklus Glukose und setzt Energie frei, die dann durch Reduktion zu NADH auf NAD + übertragen wird. NADH entlädt später das zusätzliche Elektron durch oxidative Phosphorylierung, um ATP zu erzeugen, das die Energiequelle ist, die Menschen jeden Tag benutzen. Neben katabolen Reaktionen ist NADH auch an anabolen Reaktionen wie der Glukoneogenese beteiligt und hilft auch bei der Produktion von Neurotransmittern im Gehirn.
FADHEdit
Flavinadenindinukleotid ist eine prothetische Gruppe, die wie NADH als Reduktionsmittel bei der Zellatmung fungiert und Elektronen an die Elektronentransportkette abgibt.
QuinoneEdit
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1,2-Benzoquinone
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1,4-Benzoquinone
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Anthrachinon
Verbindungen mit vollständig konjugierten aromatischen Ringen, an die zwei Sauerstoffatome als Carbonylgruppen gebunden sind (d. h. Diketone). Die Struktur von Chinon gibt ihnen die Fähigkeit, Substanzen mit Farben zu bilden. Sie existieren als Pigmente in Bakterien, Pilzen und bestimmten Pflanzen und geben ihnen ihre charakteristischen Farben. Darüber hinaus werden sie zur Herstellung verschiedener Farbstoffe für industrielle Zwecke verwendet. In biologischen Systemen dienen sie als Elektronenakzeptoren (Oxidationsmittel) in Elektronentransportketten, wie sie in der Photosynthese und der aeroben Atmung vorkommen. Viele natürliche oder synthetische Chinine zeigen biologische oder pharmakologische Aktivitäten, und einige zeigen auch antitumorale Aktivitäten.
CoAEdit
Coenzym A, synthetisiert aus Pantothensäure ATP, fungiert als Acylgruppenträger, um funktionelle Gruppen wie Acetyl (Acetyl-CoA) oder Thioester in Stoffwechselreaktionen wie Fettsäureoxidation (Synthese von Fettsäuren) und Zitronensäurezyklus (Zellatmung) zu transportieren. Es überträgt auch Fettsäuren aus dem Zytoplasma in die Mitochondrien. Neben seiner Transporterrolle im Stoffwechsel ist CoA auch ein wichtiges Molekül an sich. Zum Beispiel ist CoA ein wichtiger Vorläufer von HMG-CoA, einem wichtigen Enzym bei der metabolischen Synthese von Cholesterin und Ketonen. Darüber hinaus trägt es die Acetylgruppe zur Struktur von Acetylcholin bei, einem wichtigen Neurotransmitter, der für die Induktion der Muskelkontraktion verantwortlich ist.
Gemeinsame Coenzymedit
Vitamin AEdit
Vitamin A ist in zwei Moleküle unterteilt, Vitamin A1 (Retinol) und Vitamin A2 (Dehydroretinol). Retinol ist die aktivste und häufigste Form. Vitamin A hat eine große konjugierte Kette, die als reaktive Stelle des Moleküls dient. Im Gegensatz zu den meisten Cofaktoren durchläuft Vitamin A eine Reihe chemischer Veränderungen (Oxidationen, Reduktionen und Isomerisierungen), bevor es in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Die Fähigkeit der Elektronen von Vitamin A, sich von π nach π ∗ zu bewegen {\displaystyle \pi {\text{ to }}\pi ^{*}} 
Vitamin cbearbeiten
Vitamin C ist auch als Ascorbinsäure bekannt und kommt in den meisten Pflanzen und Tieren vor, mit Ausnahme von Primaten, Meerschweinchen, Fledermäusen und einigen Vögeln. Trotz der Unfähigkeit des Menschen, Ascorbinsäure zu synthetisieren, ist sie in vielen Biosynthesewegen wie der Synthese von Kollagen essentiell. Mangel führt zu einer Krankheit namens Skorbut. Vitamin C hilft, das Immunsystem zu regulieren und Schmerzen durch müde Muskeln zu lindern. Es wird auch bei der Herstellung von Kollagen und Noradrenalin benötigt. Vitamin C ist auch ein Antioxidans, das das Immunsystem stärken kann, indem es die weißen Blutkörperchen im Körper stimuliert. Vitamin C hilft auch, die Haut, Zähne und Knochen zu fördern.
Vitamin b1bearbeiten
Vitamin B1, auch Thiamin oder Thiamindiphosphat (TPP) genannt, ist ein Cofaktor für die oxidative Decarboxylierung sowohl im Krebszyklus als auch bei der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA (ein wichtiges Molekül, das im Zitronensäurezyklus des Stoffwechsels verwendet wird). Es ist in der menschlichen Ernährung weit verbreitet und besonders wirksam in Weizenkeimen und Hefen. Seine Funktionalität resultiert aus einem Thiazolring, der den Ladungs- und Elektronentransfer durch Resonanz stabilisiert.
Vitamin b2bearbeiten
Vitamin B2 ist als Riboflavin bekannt. Vitamin B2 ist der Vorläufer von Flavinadenindinukleotid (FAD) und Flavinmononukleotid (FMN), bei denen es sich um Coenzyme handelt, die für oxidierte Substrate verwendet werden. FAD enthält Riboflavin und Adenin. FMN enthält Riboflavin, deshalb wird es Mononukleotid genannt.
Vitamin b3bearbeiten
Vitamin B3 ist Niacin oder Nikotinsäure mit der Formel C5H4NCO2H. Vitamin B3 ist ein Vorläufer von NADH, NAD+, NADP+ und NADPH, die in allen lebenden Zellen vorkommende Coenzyme sind. NAD+ und NADP+ sind Oxidationsmittel. NADH und NADPH sind Reduktionsmittel.
Vitamin b6bearbeiten
Vitamin B6 ist ein Vorläufer des Coenzyms Pyridoxalphosphat (PLP), das bei bestimmten Umwandlungen von Aminosäuren einschließlich Transaminierung, Desaminierung und Decarboxylierung benötigt wird.
Vitamin b12bearbeiten
Vitamin B12 ist der Name für eine Klasse verwandter Verbindungen, die diese Vitaminaktivität aufweisen. Diese Verbindungen enthalten das seltene Element Kobalt. Menschen können B12 nicht synthetisieren und müssen es aus der Nahrung beziehen.
Vitamin H3
Vitamin H, auch Biotin genannt, ist ein Carboxylträger; es bindet CO2 und trägt es, bis das CO2 in Carboxylasereaktionen gespendet wird. Es ist wasserlöslich und wichtig im Stoffwechsel von Fettsäuren und der Aminosäure Leucin. Ein Mangel führt zu Dermatitis und Haarausfall und ist daher ein beliebter Inhaltsstoff in Kosmetika.
Vitamin KEdit
Vitamin K wird für den Prozess der Blutgerinnung und der Ca2 + -Bindung benötigt. Vitamin K kann von Bakterien im Darm synthetisiert werden. Vitamin K wird benötigt, um die Carboxylierung des γ-Kohlenstoffs der Glutamat-Seitenkette in Proteinen zu katalysieren.
Nicht-enzymatische Cofaktorenbearbeiten
Cofaktor wird auch im biologischen Bereich häufig verwendet, um sich auf Moleküle zu beziehen, die entweder aktivieren, hemmen oder für die Funktion des Proteins erforderlich sind. Beispielsweise werden Liganden wie Hormone, die an Rezeptorproteine binden und diese aktivieren, als Cofaktoren oder Coaktivatoren bezeichnet, während Moleküle, die Rezeptorproteine hemmen, als Corepressoren bezeichnet werden.
Der Coaktivator kann die Transkriptionsinitiation verbessern, indem er die Bildung des RNA-Polymerase-Holoenzyms stabilisiert und eine schnellere Clearance des Promotors ermöglicht.
Der Corepressor kann die Transkriptionsinitiierung unterdrücken, indem er Histondeacetylasen rekrutiert, die die Entfernung von Acetylgruppen aus Lysinresten katalysieren. Dies erhöht die positive Ladung auf Histone, die in der Wechselwirkung zwischen den Histonen und DNA verstärkt, so dass letztere weniger zugänglich für die Transkription.