Coenzyme und Kofaktoren
Coenzyme und Kofaktoren sind die Nicht-Protein-Helfer, die viele Enzyme benötigen, um Reaktionen zu katalysieren. Sie stellen chemische Eigenschaften bereit, die Aminosäure-Seitenketten allein nicht liefern können: Sie übertragen Elektronen, transportieren funktionelle Gruppen oder positionieren ein reaktives Metallion im aktiven Zentrum. Dieser Bereich gruppiert die Hauptklassen dieser Helfermoleküle und die Enzyme, die von ihnen abhängen.
Definition
Ein Kofaktor ist eine nicht-proteinische chemische Komponente, die für die Aktivität eines Enzyms erforderlich ist; organische Kofaktoren werden als Coenzyme bezeichnet, ein fest oder kovalent gebundener Kofaktor ist eine prosthetische Gruppe, und das katalytisch inaktive Protein, dem sein Kofaktor fehlt, ist ein Apoenzym, das zu einem aktiven Holoenzym wird, sobald der Kofaktor gebunden ist.
Scope
Der Bereich umfasst organische Coenzyme (einschließlich Redox-Carrier wie NAD+ und FAD und die vielen Vitamin-abgeleiteten Coenzyme), anorganische Metallionen-Kofaktoren, die metallabhängigen Enzyme, die sie nutzen, und die breitere Kategorie der fest gebundenen organischen Kofaktoren und prosthetischen Gruppen. Er ist als Referenzübersicht über die Biochemie der Enzymkofaktoren organisiert, nicht als klinische Leitlinie.
Sub-topics
Core questions
- Welche chemischen Eigenschaften fügen Kofaktoren hinzu, die Proteinseitenketten nicht liefern können?
- Wie unterscheiden sich Coenzyme von prosthetischen Gruppen und von Metallionen-Kofaktoren?
- Welche Vitamine dienen als Vorläufer von Coenzymen, und wie verknüpft dies die Ernährung mit der Enzymfunktion?
- Wie nehmen Enzyme Metallionen auf und unterscheiden sie voneinander?
Key concepts
- Apoenzym, Holoenzym und Kofaktorbindung
- Coenzym versus prosthetische Gruppe
- Kosubstrat (dissoziierbar) versus fest gebundene Kofaktoren
- Redox-Coenzyme als Elektronenträger
- Gruppentransfer-Coenzyme
- Vitamin-abgeleitete Coenzyme
- Metallionen-Kofaktoren und Metalloenzyme
- Kofaktor-Regeneration und -Umsatz
Mechanisms
Kofaktoren erweitern das katalytische Repertoire von Proteinen. Redox-Coenzyme wie NAD+ und FAD shutteln Elektronen und Hydrid zwischen Substraten und respiratorischen oder biosynthetischen Wegen, wobei sie zwischen oxidierten und reduzierten Formen wechseln (Verdin, 2015; Holm et al., 1996). Gruppentransfer-Coenzyme, viele davon aus wasserlöslichen Vitaminen abgeleitet, transportieren chemische Gruppen: Pyridoxal-5'-phosphat bildet beispielsweise eine Schiffsche Base, die die Chemie von Aminosäuren mobilisiert (Eliot & Kirsch, 2004). Metallionen wirken als Lewis-Säuren, Redoxzentren oder strukturelle Anker. Ein dissoziierbares Coenzym verhält sich wie ein Co-Substrat, das verbraucht und regeneriert wird, während eine prosthetische Gruppe während des gesamten katalytischen Zyklus gebunden bleibt. Das Apoenzym ist inaktiv, bis es seinen Kofaktor bindet, um das funktionelle Holoenzym zu bilden (Nelson & Cox, 2021).
Clinical relevance
Da viele Coenzyme von Vitaminen und Spurenmetallen abstammen, bildet die Kofaktor-Biochemie die Grundlage für den Zusammenhang zwischen dem Mikronährstoffstatus und der Enzymfunktion, wie er in der Ernährung und im Stoffwechsel beschrieben wird. Die hier behandelten Themen erklären, wie Kofaktoren die Katalyse auf mechanistischer Ebene ermöglichen; sie beschreiben die Biochemie und sind keine Grundlage für individuelle Diagnosen, Dosierungen oder Behandlungen.
History
Das Kofaktor-Konzept entstand aus Arbeiten des frühen 20. Jahrhunderts, die zeigten, dass dialysierbare, hitzestabile „Kofermente“ neben Enzymproteinen benötigt wurden und dass einige davon den neu entdeckten Vitaminen zugeordnet werden konnten. Strukturelle und mechanistische Studien im späteren 20. Jahrhundert definierten dann, wie Redox-Coenzyme, Vitamin-abgeleitete Coenzyme und Metallzentren funktionieren, wie in Übersichten über biologische Metallzentren sowie über Pyridoxalphosphat und verwandte Coenzyme zusammengefasst (Holm et al., 1996; Eliot & Kirsch, 2004).
Related topics
Seminal works
- holm-1996
- eliot-2004
- verdin-2015
Frequently asked questions
- Was ist der Unterschied zwischen einem Coenzym und einem Kofaktor?
- Kofaktor ist der allgemeine Begriff für jede nicht-proteinische Komponente, die ein Enzym benötigt; Coenzym bezieht sich speziell auf organische Kofaktoren (wie NAD+ oder Coenzym A), während Metallionen anorganische Kofaktoren sind.
- Was ist eine prosthetische Gruppe?
- Eine prosthetische Gruppe ist ein Kofaktor, der fest oder kovalent an das Enzym gebunden ist und während des gesamten katalytischen Zyklus angeheftet bleibt, im Gegensatz zu einem dissoziierbaren Coenzym, das wie ein Kosubstrat kommt und geht.