Biochemia strukturalna/enzymy / kofaktory

mogą być metalami lub małymi cząsteczkami organicznymi, a ich podstawową funkcją jest wspomaganie aktywności enzymów. Są one w stanie pomóc w przeprowadzeniu pewnych, niezbędnych reakcji, których enzym nie może wykonać samodzielnie. Dzielą się na grupy koenzymów i protez. Holoenzym odnosi się do katalitycznie aktywnego enzymu, który składa się zarówno z apoenzymu (enzymu bez kofaktora), jak i kofaktora. Istnieją dwie grupy kofaktorów: Metale i małe cząsteczki organiczne zwane koenzymami. Koenzymy są małymi cząsteczkami organicznymi Zwykle otrzymywanymi z witamin. Grupy protetyczne odnoszą się do ściśle związanych koenzymów, podczas gdy cosubstraty odnoszą się do luźno związanych koenzymów, które są uwalniane w taki sam sposób, jak substraty i produkty. Luźno związane koenzymy różnią się od substratów tym, że te same koenzymy mogą być używane przez różne enzymy w celu uzyskania właściwej aktywności enzymatycznej.

wzór ogólny

kofaktory Metaluedytuj

jony metali są powszechnymi kofaktorami enzymatycznymi. Niektóre enzymy, zwane metaloenzymami, nie mogą funkcjonować bez związanego jonu metalu w miejscu aktywnym. W codziennym żywieniu ten rodzaj kofaktora odgrywa rolę podstawowych pierwiastków śladowych, takich jak: żelazo (Fe3+), mangan (Mn2+), kobalt (CO2+), miedź (Cu2+), cynk (Zn2+), selen (Se2+) i molibden (Mo5+). Na przykład Mg2+ jest stosowany w glikolizie. W pierwszym etapie przekształcania glukozy w glukozę 6-fosforanową, zanim ATP zostanie użyty do uzyskania ADP i jednej grupy fosforanowej, ATP wiąże się z Mg2+, który stabilizuje pozostałe dwie grupy fosforanowe, dzięki czemu łatwiej jest uwolnić tylko jedną grupę fosforanową. U niektórych bakterii, takich jak Azotobacter i Pyrococcus furiosus, kofaktory metali również odgrywają ważną rolę. Przykładem kofaktorów w działaniu jest funkcja anhydrazy węglanowej zależna od cynku lub funkcja endonukleazy restrykcyjnej zależna od magnezu.

koenzym

koenzym jest małą, organiczną, niebiałkową cząsteczką, która przenosi grupy chemiczne między enzymami. Jest kofaktorem enzymu i nie stanowi trwałej części struktury enzymu. Czasami nazywane są cosubstrates i są uważane za substraty, które są luźno związane z enzymem. W metabolizmie koenzymy odgrywają rolę w reakcjach przeniesienia grupowego, takich jak ATP i koenzym A, oraz reakcjach utleniania-redukcji, takich jak NAD+ i koenzym Q10. Koenzymy są często spożywane i poddawane recyklingowi. Grupy chemiczne są dodawane i odłączane w sposób ciągły przez enzym. Enzym syntazy ATP fosforyluje i przekształca ADP w ATP, podczas gdy kinaza defosforyluje ATP z powrotem do ADP również w ciągłym tempie. Cząsteczki koenzymu pochodzą głównie z witamin. Są one również powszechnie wykonane z nukleotydów, takich jak adenozynotrifosforan i koenzym A.

poprzez dalsze badania aktywności koenzymu i jego wpływu wiązania na enzym, można dowiedzieć się więcej o tym, jak enzym zmienia się konformacyjnie i funkcjonalnie. Przykładem jest grupa MAPEG integralnych enzymów błonowych. Enzymy te są kluczowe w katalitycznej transformacji substratów lipofilowych, które biorą udział w produkcji przekaźników pochodzących z kwasu arachidonowego i detoksykacji ksenobiotycznej. Poprzez zastosowanie związanego detergentu do naśladowania kofaktora enzymu MAPEG, glutationu, ujawnia się nowe miejsce aktywne specyficzne dla substratu lipofilowego; w ten sposób dalsze badania mogą ujawnić, w jaki sposób substraty te wiążą się z drugą formą enzymu .

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. Działa również jako substrat dla ligaz DNA w modyfikacji posttranslacyjnej, gdzie reakcja usuwa grupy acetylowe z białek. Ponadto, w glikolizie i cyklu kwasu cytrynowego, NAD+ utlenia glukozę i uwalnia energię, która jest następnie przenoszona do NAD+ przez redukcję do NADH. NADH później rozładowuje dodatkowy elektron poprzez fosforylację oksydacyjną, aby wytworzyć ATP, który jest źródłem energii, z którego ludzie korzystają na co dzień. Oprócz reakcji katabolicznych, NADH bierze również udział w reakcjach anabolicznych, takich jak glukoneogeneza, a także pomaga w produkcji neuroprzekaźników w mózgu.

fadhedit

dinukleotyd flawiny adeniny jest grupą protetyczną, która, podobnie jak NADH, działa jako czynnik redukujący w oddychaniu komórkowym i przekazuje elektrony do łańcucha transportu elektronów.

QuinoneEdit

• 

  1,2-Benzoquinone

• 

  1,4-Benzoquinone

• 

  antrachinon

związki, które mają w pełni sprzężone pierścienie aromatyczne, do których dwa atomy tlenu są ograniczone jako grupy karbonylowe (tj. diketony). Struktura chinonu daje im zdolność do tworzenia substancji o kolorach. Występują jako pigmenty u bakterii, grzybów i niektórych roślin i nadają im charakterystyczne kolory. Ponadto są one wykorzystywane do produkcji różnych barwników do celów przemysłowych. W układach biologicznych służą jako akceptory elektronów (utleniacze) w łańcuchach transportu elektronów, takich jak te w fotosyntezie i oddychaniu tlenowym. Wiele naturalnych lub syntetycznych chinin wykazuje aktywność biologiczną lub farmakologiczną, a niektóre zdarzenia wykazują działanie przeciwnowotworowe.

CoAEdit

koenzym A, syntetyzowany z ATP kwasu pantotenowego, działa jako nośniki grup acylowych do transportu grup funkcyjnych, takich jak acetyl (acetylo-CoA) lub tioestry w reakcjach metabolicznych, takich jak utlenianie kwasów tłuszczowych (synteza kwasów tłuszczowych) i cykl kwasu cytrynowego (oddychanie komórkowe). Przenosi także kwasy tłuszczowe z cytoplazmy do mitochondriów. Oprócz roli transportera w metabolizmie, CoA jest również ważną cząsteczką samą w sobie. Na przykład CoA jest ważnym prekursorem HMG-CoA, ważnego enzymu w metabolicznej syntezie cholesterolu i ketonów. Ponadto przyczynia się do budowy acetylocholiny, która jest ważnym neuroprzekaźnikiem odpowiedzialnym za indukowanie skurczu mięśni.

wspólny Koenzymedytuj

witamina Aedytuj

witamina A dzieli się na dwie cząsteczki, witaminę A1 (retinol) i witaminę A2 (dehydroretynol). Retinol jest najbardziej aktywną i powszechną formą. Witamina A ma duży sprzężony łańcuch, który służy jako miejsce reaktywne cząsteczki. W przeciwieństwie do większości kofaktorów, witamina A podlega sekwencji zmian chemicznych (utleniania, redukcji i izomeryzacji) przed powrotem do pierwotnej postaci. Zdolność elektronów witaminy A do przemieszczania się z π do π ∗ {\displaystyle\pi {\text {to}}\pi ^ { * }} orbital sprawia, że jest to dobra cząsteczka do zatrzymywania energii świetlnej. W związku z tym witamina A jest odpowiedzialna za przekazywanie energii świetlnej do chemicznego impulsu nerwowego w gałce ocznej. Witamina A jest również stosowana do uprawy zdrowych nowych komórek, takich jak skóra, kości i włosy. Utrzymuje wyściółkę dróg moczowych, przewodu pokarmowego i układu oddechowego. Ponadto witamina A jest niezbędna do funkcji rozrodczych, takich jak wzrost i rozwój plemników i jajników.

witamina CEdit

znana również jako kwas askorbinowy, witamina C jest dość obfita w większości roślin i zwierząt, z wyjątkiem naczelnych, świnek morskich, nietoperzy i niektórych ptaków. Pomimo niezdolności człowieka do syntezy kwasu absorbowego, jest on niezbędny w wielu szlakach biosyntetycznych, takich jak synteza kolagenu. Niedobór prowadzi do choroby zwanej szkorbut. Witamina C pomaga regulować układ odpornościowy i łagodzi ból spowodowany zmęczonymi mięśniami. Jest również potrzebny w produkcji kolagenu i noradrenaliny. Witamina C jest również przeciwutleniaczem, który może wzmocnić układ odpornościowy poprzez stymulację białych krwinek w organizmie. Witamina C pomaga również korzystać ze skóry, zębów i kości.

witamina B1edytuj

nazywana również tiaminą lub difosforanem tiaminy (TPP), witamina B1 jest kofaktorem dekarboksylacji oksydacyjnej zarówno w cyklu Kreba, jak i w przekształcaniu pirogronianu w acetylo-CoA (ważną cząsteczkę stosowaną w cyklu metabolizmu kwasu cytrynowego). Jest szeroko dostępny w diecie człowieka, a szczególnie silny w kiełkach pszenicy i drożdżach. Jego funkcjonalność wynika z pierścienia tiazolowego, który stabilizuje ładunek i transfer elektronów poprzez rezonans.

witamina B2edytuj

Witamina B2 jest znana jako ryboflawina. Witamina B2 jest prekursorem dinukleotydu flawiny adeniny (FAD) i mononukleotydu flawiny (FMN), które są koenzymami stosowanymi do utlenionych substratów. FAD zawiera ryboflawinę i adeninę. FMN zawiera ryboflawinę, dlatego nazywa się go mononukleotydem.

witamina B3edytuj

witamina B3 to niacyna lub kwas nikotynowy o wzorze C5H4NCO2H. witamina B3 jest prekursorem NADH, NAD+, NADP+ i NADPH, które są koenzymami występującymi we wszystkich żywych komórkach. NAD+ i NADP+ są środkami utleniającymi. Nadh i NADPH są środkami redukującymi.

witamina B6edytuj

Witamina B6 jest prekursorem koenzymu fosforanu pirydoksalu (PLP), który jest wymagany w niektórych przemianach aminokwasów, w tym transaminacji, deaminacji i dekarboksylacji.

witamina B12edytuj

Witamina B12 to nazwa klasy powiązanych związków, które mają tę aktywność witaminową. Związki te zawierają rzadki pierwiastek kobalt. Ludzie nie mogą syntetyzować B12 i muszą go uzyskać z diety.

witamina h3

nazywana również biotyną, witamina H jest nośnikiem karboksylowym; wiąże CO2 i przenosi go do momentu oddania CO2 w reakcjach karboksylazy. Jest rozpuszczalny w wodzie i ważny w metabolizmie kwasów tłuszczowych i aminokwasu leucyny. Niedobór prowadzi do zapalenia skóry i wypadania włosów, dzięki czemu jest popularnym składnikiem kosmetyków.

witamina K jest potrzebna do procesu krzepnięcia krwi i wiązania Ca2+. Witamina K może być syntetyzowana przez bakterie w jelitach. Witamina K jest potrzebna do katalizowania karboksylacji γ-węgla łańcucha bocznego glutaminianu w białkach.

kofaktory Nieenzymatyczneedit

kofaktor jest również szeroko stosowany w dziedzinie biologicznej w odniesieniu do cząsteczek, które aktywują, hamują lub są wymagane do funkcjonowania białka. Na przykład ligandy, takie jak hormony, które wiążą się i aktywują białka receptorowe, są określane jako kofaktory lub koaktivatory, podczas gdy cząsteczki, które hamują białka receptorowe, są określane jako corepressory.

koaktywator może nasilać inicjację transkrypcji poprzez stabilizację tworzenia się HOLOENZYMU polimerazy RNA, umożliwiając szybszy klirens promotora.

corepressor może tłumić inicjację transkrypcyjną poprzez rekrutację deacetylaz histonowych, które katalizują usuwanie grup acetylowych z reszt lizyny. Zwiększa to dodatni ładunek na histonach, który wzmacnia interakcję między histonami a DNA, czyniąc ten ostatni mniej dostępnym dla transkrypcji.