Informazioni generalimodifica
I cofattori sono sostanze chimiche inorganiche e organiche che assistono gli enzimi durante la catalisi delle reazioni. I coenzimi sono molecole organiche non proteiche che sono principalmente derivati di vitamine solubili in acqua per fosforilazione; legano l’apoenzima alle proteine per produrre un oloenzima attivo. Gli apoenzimi sono enzimi che non hanno il loro cofattore necessario per il corretto funzionamento; il legame dell’enzima con un coenzima forma un oloenzima. Gli oloenzimi sono le forme attive degli apoenzimi.
Cofattori possono essere metalli o piccole molecole organiche, e la loro funzione primaria è quella di aiutare l’attività dell’enzima. Sono in grado di aiutare nell’esecuzione di alcune reazioni necessarie che l’enzima non può eseguire da solo. Sono divisi in coenzimi e gruppi protesici. Un oloenzima si riferisce ad un enzima cataliticamente attivo che consiste sia di apoenzima (enzima senza il suo cofattore (s)) e cofattore. Ci sono due gruppi di cofattori: metalli e piccole molecole organiche chiamate coenzimi. I coenzimi sono piccole molecole organiche di solito ottenute da vitamine. I gruppi protesici si riferiscono a coenzimi strettamente legati, mentre i cosubstrati si riferiscono a coenzimi vagamente legati che vengono rilasciati allo stesso modo dei substrati e dei prodotti. I coenzimi legati liberamente differiscono dai substrati in quanto gli stessi coenzimi possono essere utilizzati da diversi enzimi per determinare la corretta attività enzimatica.
Formula generale
Cofattori metallicimodifica
Gli ioni metallici sono cofattori enzimatici comuni. Alcuni enzimi, indicati come metalloenzimi, non possono funzionare senza uno ion metallico legato nel sito attivo. Nella nutrizione quotidiana, questo tipo di cofattore svolge un ruolo come gli oligoelementi essenziali come: ferro (Fe3+), manganese (Mn2+), cobalto (Co2+), rame (Cu2+), zinco (Zn2+), selenio (Se2+) e molibdeno (Mo5+). Ad esempio, Mg2+ viene utilizzato nella glicolisi. Nella prima fase di conversione del glucosio in glucosio 6-fosfato, prima che l’ATP sia usato per dare ADP e un gruppo fosfato, l’ATP è legato a Mg2 + che stabilizza gli altri due gruppi fosfatici, quindi è più facile rilasciare solo un gruppo fosfato. In alcuni batteri come il genere Azotobacter e Pyrococcus furiosus, si scopre anche che i cofattori metallici svolgono un ruolo importante. Un esempio di cofattori in azione è la funzione mediata dallo zinco dell’anidrasi carbonica o la funzione mediata dal magnesio dell’endonucleasi di restrizione.
CoenzimoEdit
Un coenzima è una piccola molecola organica non proteica che trasporta gruppi chimici tra gli enzimi. È il cofattore per l’enzima e non forma una parte permanente nella struttura dell’enzima. A volte, sono chiamati cosubstrati e sono considerati substrati che sono liberamente legati all’enzima. Nel metabolismo, i coenzimi svolgono un ruolo nelle reazioni di trasferimento di gruppo, come ATP e coenzima A, e reazioni di riduzione dell’ossidazione, come NAD+ e coenzima Q10. I coenzimi sono frequentemente consumati e riciclati. I gruppi chimici vengono aggiunti e staccati continuamente da un enzima. L’enzima ATP sintasi fosforila e converte l’ADP in ATP, mentre la chinasi defosforila l’ATP in ADP anche a velocità continue. Le molecole di coenzima sono principalmente derivate da vitamine. Sono anche comunemente fatti da nucleotidi come l’adenosina trifosfato e il coenzima A.
Attraverso ulteriori ricerche sull’attività del coenzima e sul suo effetto vincolante sull’enzima, si può rivelare di più su come l’enzima cambia conformazionalmente e funzionalmente. Un esempio è il gruppo MAPEG di enzimi a membrana integrale. Questi enzimi sono cruciali nella trasformazione catalitica dei substrati lipofili, che sono coinvolti nella produzione di messaggeri derivati dall’acido arachidonico e nella disintossicazione xenobiotica. Attraverso l’uso di un detergente legato per imitare il cofattore di un enzima MAPEG, il glutatione, viene rivelato un nuovo sito attivo specifico per il substrato lipofilo; pertanto, ulteriori studi possono rivelare come questi substrati si legano a questa seconda forma dell’enzima .
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. Funziona anche come substrato per le ligasi del DNA nella modificazione posttranslazionale, dove la reazione rimuove i gruppi acetilici dalle proteine. Inoltre, nella glicolisi e nel ciclo dell’acido citrico, NAD + ossida il glucosio e rilascia energia, che viene poi trasferita a NAD+ per riduzione a NADH. NADH successivamente scarica l’elettrone extra attraverso la fosforilazione ossidativa per generare ATP, che è la fonte di energia che gli esseri umani usano ogni giorno. Oltre alle reazioni cataboliche, il NADH è anche coinvolto in reazioni anaboliche come la gluconeogenesi e aiuta anche nella produzione di neurotrasmettitori nel cervello.
FADHEdit
la flavina adenina dinucleotide è un gruppo protesico che, come il NADH, funziona come agente riducente nella respirazione cellulare e dona elettroni alla catena di trasporto degli elettroni.
QuinoneEdit
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1,2-Benzoquinone
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1,4-Benzoquinone
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Antrachinone
composti che hanno anelli aromatici completamente coniugati a cui due atomi di ossigeno sono limitati come gruppi carbonilici (cioè diketoni). La struttura del chinone dà loro la capacità di formare sostanze con i colori. Esistono come pigmenti in batteri, funghi e alcune piante e danno loro i loro colori caratteristici. Inoltre, vengono utilizzati per produrre diversi coloranti di colore per scopi industriali. Nei sistemi biologici, servono come accettori di elettroni (agenti ossidanti) nelle catene di trasporto di elettroni come quelli nella fotosintesi e nella respirazione aerobica. Molti chinini naturali o sintetici mostrano attività biologiche o farmacologiche e alcuni eventi mostrano attività antitumorali.
CoAEdit
coenzima A, sintetizzata dall’acido pantotenico ATP, funzioni come gruppo acile vettori per il trasporto di gruppi funzionali come acetil (acetil-CoA) o tioesteri le reazioni metaboliche come l’ossidazione degli acidi grassi (sintesi degli acidi grassi) e il ciclo dell’acido citrico (respirazione cellulare). Trasferisce anche acidi grassi dal citoplasma ai mitocondri. Oltre al suo ruolo di trasportatore nel metabolismo, il CoA è anche una molecola importante in sé. Ad esempio, il CoA è un importante precursore dell’HMG-CoA, un enzima importante nella sintesi metabolica del colesterolo e dei chetoni. Inoltre, contribuisce il gruppo acetilico alla struttura dell’acetilcolina, che è un importante neurotrasmettitore responsabile dell’induzione della contrazione muscolare.
Coenzimi comunimodifica
Vitamina AEdit
La vitamina A è suddivisa in due molecole, Vitamina A1 (retinolo) e Vitamina A2 (deidroretinolo). Il retinolo è la forma più attiva e comune. La vitamina A ha una grande catena coniugata che funge da sito reattivo della molecola. A differenza della maggior parte dei cofattori, la vitamina A subisce una sequenza di cambiamenti chimici (ossidazioni, riduzioni e isomerizzazioni) prima di tornare alla sua forma originale. La capacità degli elettroni della vitamina A di viaggiare da π a π orbital {\displaystyle\pi {\text {to}}\pi ^ { * }} 
Vitamina CEdit
Noto anche come acido ascorbico, la vitamina C è abbastanza abbondante nella maggior parte delle piante e degli animali esclusi primati, porcellini d’india, pipistrelli e alcuni uccelli. Nonostante l’incapacità dell’essere umano di sintetizzare l’acido assorbico, è essenziale in molte vie biosintetiche come la sintesi del collagene. La carenza porta a una malattia chiamata scorbuto. La vitamina C aiuta a regolare il sistema immunitario e alleviare il dolore causato dai muscoli stanchi. È anche necessario nella produzione di collagene e noradrenalina. La vitamina C è anche un antiossidante che può migliorare il sistema immunitario stimolando i globuli bianchi nel corpo. La vitamina C aiuta anche a beneficio della pelle, dei denti e delle ossa.
Vitamina B1Edit
Chiamata anche tiamina o tiamina difosfato (TPP), la vitamina B1 è un cofattore per la decarbossilazione ossidativa sia nel ciclo di Kreb che nella conversione del piruvato in acetil-CoA (una molecola importante utilizzata nel ciclo metabolico dell’acido citrico). È ampiamente disponibile nella dieta umana e particolarmente potente nel germe di grano e nel lievito. La sua funzionalità deriva da un anello di tiazolo che stabilizza la carica e il trasferimento di elettroni attraverso la risonanza.
Vitamina B2Edit
La vitamina B2 è conosciuta come riboflavina. La vitamina B2 è il precursore di flavina adenina dinucleotide (FAD) e flavina mononucleotide (FMN) che sono coenzimi utilizzati per substrati ossidati. FAD contiene riboflavina e adenina. FMN contiene riboflavina, ecco perché è chiamato mononucleotide.
Vitamina B3Edit
La vitamina B3 è niacina o acido nicotinico con la formula C5H4NCO2H. La vitamina B3 è un precursore di NADH, NAD+, NADP + e NADPH che sono coenzimi presenti in tutte le cellule viventi. NAD + e NADP + sono agenti ossidanti. NADH e NADPH sono agenti riducenti.
Vitamina B6Edit
La vitamina B6 è precursore del coenzima piridossale fosfato (PLP) che è richiesto in certa trasformazione di aminoacidi tra cui transaminazione, deaminazione e decarbossilazione.
Vitamina B12Edit
La vitamina B12 è il nome di una classe di composti correlati che hanno questa attività vitaminica. Questi composti contengono l’elemento raro cobalto. Gli esseri umani non possono sintetizzare B12 e devono ottenerlo dalla dieta.
Vitamina HEdit
Chiamato anche Biotina, la vitamina H è un vettore carbossilico; lega la CO2 e la trasporta fino a quando la CO2 non viene donata nelle reazioni di carbossilasi. È solubile in acqua e importante nel metabolismo degli acidi grassi e dell’aminoacido Leucina. La carenza porta a dermatiti e perdita di capelli, rendendolo così un ingrediente popolare nei cosmetici.
Vitamina KEdit
La vitamina K è necessaria per il processo di coagulazione del sangue e il legame Ca2+. La vitamina K può essere sintetizzata dai batteri nell’intestino. La vitamina K è necessaria per catalizzare la carbossilazione del γ-carbonio della catena laterale del glutammato nelle proteine.
Cofattori non enzimaticimodifica
Il cofattore è anche ampiamente utilizzato nel campo biologico per riferirsi a molecole che attivano, inibiscono o sono necessarie per la funzione della proteina. Ad esempio, i ligandi come gli ormoni che si legano e attivano le proteine del recettore sono chiamati cofattori o coattivatori, mentre le molecole che inibiscono le proteine del recettore sono chiamate corepressori.
Il coattivatore può migliorare l’inizio della trascrizione stabilizzando la formazione dell’oloenzima RNA polimerasi consentendo una clearance più rapida del promotore.
Il corepressore può reprimere l’iniziazione trascrizionale reclutando istone deacetilasi che catalizzano la rimozione dei gruppi acetilici dai residui di lisina. Ciò aumenta la carica positiva sugli istoni che si rafforza nell’interazione tra gli istoni e il DNA, rendendo quest’ultimo meno accessibile alla trascrizione.