Koenzim

Koenzim ili kofaktor ili prostetska grupa je mala organske čestice neproteinskog porijekla, koja je vezana za enzim jačom ili slabijom vezom.^[1][2][3][4] Koenzimi su vrlo bitni u metabolizmuu organizama zato što enzimske katalitske sposobnosti ovise o njima. Njihova uloga nije stalna, jer se mijenja ovisono i o datom kofaktoru i enzimu. Enzimi koji nemaju kofaktor označavaju se kao apoenzimi. Enzim koji je kompletan i katalitski aktivan je holoenzim. Apoenzim je proteinski dio enzima, ali pošto nema koenzim – nema ni katalitsku sposobnost zbog nepovoljne konformacije.^[5][6]

Koenzim ne mora obavezno biti na aktivnom mjestu enzima, nego i pored aktivnog mjesta ili još udaljenije. Udaljenost nema tako bitnu ulogu, jer je jedino važno da vezani koenzim izaziva promjenu konformacije proteinskog dijela enzima. Tako koenzim je stimulira nedjelotvorno aktivno mjesto enzima, pretvarajući ga u aktivno, da može primati supstrat i pretvarati ga u produkt.^[7][8][9]

Koenzim može biti različite građe, kao što su:

• mala organska molekula,
• metalni ion ili
• neka druga jednostavna molekula.

Koenzime se klasificiraju prema hemijskoj grupi koju prenose:

• koenzimi prijenosnici vodika (=oksidoreduktaze):
  • flavin-mononukleotid (FMN),
  • flavin-adenin-dinukleotid (FAD),
  • ubikinon (Q),
  • nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+),
  • nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP+),
  • ćelijski hemini,
  • liponska kiselina (Lip (S2);
• koenzimi prijenosnici grupa:
  • piridoksal-fosfat (PLP),
  • citidin-difosfat (CDP),
  • uridin difosfat (UDP),
  • adenozin trifosfat (ATP),
  • sulfat fosfoadenilne kiseline (PAPS);
• koenzimi za prijenos C1-jedinica:
  • koenzimi izomeraza i
  • lijaza.

Koenzime e dijele i po načina povezivanja s enzimom:

• prostetske grupe (ili aktivne grupe)
• kosupstrate (koenzimi u užem smislu)

Kofaktori se mogu podijliti u dvije široke grupe:

• organski, kao što su flavin ili hem i
• neorganski kofaktori, kao metalni ioni Mg²⁺, Cu⁺, Mn²⁺ ili željezno-sumporni klasteri.

Organski kofaktori se ponekad dalje dijele na koenzima i protetske grupe. Termin koenzim se posebno odnosi na enzime i, kao takav, na funkcijska svojstva proteina. S druge strane, "protetska grupa" naglašava prirodu veza kofaktora za protein (uske ili kovalentne) i, na taj način, odnosi se na strukturno svojstvo. Različiti izvori daju neznatno različite definicije koenzima, kofaktora, i protetske grupe. Neki smatraju da su čvrsto vezane organske molekule – protetske grupe, a ne koenzimi, dok drugi kao koenzime definiraju sve neproteinske organske molekule potrebne za aktivnost enzima, a one koje su čvrsto vezane klasificiraju kao koenzim protetske grupe. Treba napomenuti da se svi ovi termini često koriste labavo, a ponekad i proizvoljno, kao sinonimi ili orijentacija.

U prilogu iz 1979. Trendovi u biohemijskim naukama (Trends in biochemical sciences) istaknuta je konfuzija u literaturi i suštinski proizvoljna razlika između protetskih grupa i koenzima i predložena slijedeće shema. Evo kofaktora su definirani kao dodatna tvar osim proteina i enzimskog supstrata koji je potreban za aktivnost enzima i protetskih grupa kao tvari koja prolazi cijelim tokom katalitskog ciklusa prikopčane na jednu molekulu enzima . Međutim, autor nije mogao postići jednu sveobuhvatnu definiciju "koenzima" i predložio da se u literaturi napusti upotreba ovog termina.^[10]

Metalni ioni su opći kofaktori. Proučavanje ovih kofaktora spada u područje bioneorganska hemije. U ishrani, na listi esencijskih elemenata u tragovima odražava njihovu ulogu kao kofaktora. Kod ljudi, ova listi obično uključuje željezo, magnezij, mangan, kobalt, bakar, cink i molibden. Iako nedostatak hroma uzrokuje poremećenu toleranciju glukoze, nije identificiran ni jedan ljudski enzim sa ovim metalom kao kofaktorom. Jod je također bitan element u tragovima, ali ovaj element se koristi kao dio strukture hormona štitnjače, a ne kao kofaktor enzima Kalcij je još jedan poseban slučaj, po tome što je potreban kao komponenta ljudske ishrane, za punu aktivnost mnogih enzima, kao što su sintaza azotoksida, protein fosfataza i adenilat kinaza, ali kalcij aktivira i ove enzime u alosternoj formi, često se vežući za ove enzime u kompleksu sa kalmodulinom. Kalcij je, dakle, ćelijska signalizacja molekula, a obično se ne smatra kofaktor reguliranja enzima.

Ostali organizmi trbaju dodatne metale, kao enzimske kofaktore, kao što su vanadij u nitrogenazi u dušičnoj fiksaciji bakterija iz roda Azotobacter.^[11][12] U mnogim slučajevima, kofaktor uključuje i neorgansku i organsku komponentu. Jedan raznolik niz primjera je u hem proteinima, koji se sastoje od porfirinskog prstena koordiniranog na željezo.

Željezo-sumpor klasteri su kompleksi atoma željeza i sumpora u proteinima cisteinskih ostataka. Oni imaju i strukturne i funkcijske uloge, uključujući i transfer elektrona, redoks senzore, a kao strukturne module.^[13]

Organski kofactori su male organske molekule (tipski, manje molekulske mase od 1000 Da) koje mogu biti ili slabo ili čvrsto vezane za enzim i direktno sudjelovati u reakciji.^[14][15][16] U ovom drugom slučaju, kada je teško uklanjanje bez denaturiranja enzima, može se nazvati protetska grupa. Važno je naglasiti da ne postoji oštra podjela između slabo i čvrsto vezanih kofaktora. Ustvari mnogi, poput NAD ⁺, u nekim enzima, mogu biti čvrsto vezani, dok su u drugima slabo vezani. Jedan od primjera je tiamin pirofosfat (TE), koji je čvrsto vezan u tranketolazi ili piruvat dekarboksilazi, dok se manje čvrsto vezan u piruvat dehidrogenazi. Ostali koenzimi, flavin adenin dinukleotid (FAD), biotin i lipoamid, naprimjer, su kovalentno vezani. Čvrsto vezani kofaktori se, općenito, regeneriraju u istoj reakciji ciklusa, dok se slabo vezani mogu regenerirati u narednoj reakciji kataliziranoj drugim enzimom. U drugom slučaju, kofaktorom se može smatrati podloga ili kosupstrat.

Vitamini mogu biti prekursori za mnoge organske kofaktore (npr., B₁, B₂, B₆, B₁₂, nijacin, folna kiselina) ili kao samostalni koenzimi (npr,, vitamin C). Međutim, vitamini suštinski imaju druge funkcije u tijelu. Mnogi organski kofaktori također sadrže nukleotida, kao što su elektronski nositelji NAD i FAD i koenzima A, koji nose acil grupe. Većina ovih kofaktora se nalaze u velikom broju vrsta, a neki su univerzalni za sve oblike života. Izuzetak od ove široke distribucije je grupa jedinstvenih kofaktora koji su evoluirali u metanogene, koji su ograničeni na grupu archaea.^[17]

• Enzim
• Kataliza

• http://www.bio.mtu.edu/%7Ehlyoungs/BL4010/cofactors.ppt Arhivirano 5. 10. 2016. na Wayback Machine
• Enzyme cofactors na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CoFactor/

Portal Hemija