Cofaktorbindung und prosthetische Gruppen

Viele Enzyme können ihre Reaktionen nicht allein mit Aminosäureresten katalysieren; sie benötigen einen Nicht-Protein-Partner – ein Metallion oder ein organisches Coenzym –, um den katalytischen Mechanismus zu vervollständigen. Diese Kofaktoren können locker binden oder als prosthetische Gruppen dauerhaft angeheftet sein, und ihre Bindung wandelt ein inaktives Protein in ein funktionelles Enzym um.

Definition

Ein Kofaktor ist eine nicht-proteinische chemische Komponente, die für die Aktivität eines Enzyms erforderlich ist; fest oder kovalent gebundene organische Kofaktoren werden als prosthetische Gruppen bezeichnet, das inaktive Protein allein ist das Apoenzym, und das Protein plus Kofaktor ist das aktive Holoenzym.

Scope

Der Eintrag behandelt die Unterscheidung zwischen Kofaktoren, Coenzymen und prosthetischen Gruppen; die Apoenzym/Holoenzym-Beziehung; wie Metallionen und organische Kofaktoren an der Katalyse beteiligt sind; und die Verbindung zwischen vielen Coenzymen und diätetischen Vitaminen. Es handelt sich um eine Referenzbehandlung von Enzymkofaktoren und ist keine Quelle für Ernährungs- oder Dosierungsratschläge.

Core questions

• Was ist der Unterschied zwischen einem Kofaktor, einem Coenzym und einer prosthetischen Gruppe?
• Wie tragen gebundene Kofaktoren zur Katalyse bei?
• Was unterscheidet ein Apoenzym von einem Holoenzym?
• Wie sind viele Coenzyme mit Vitaminen verwandt?

Key concepts

• Kofaktor versus Coenzym versus prosthetische Gruppe
• Apoenzym und Holoenzym
• Metallionen-Kofaktoren
• Fest gebundene (prosthetische) versus locker gebundene Kofaktoren
• Von Vitaminen abgeleitete Coenzyme
• Schwingarm-Träger in mehrstufigen Enzymen

Mechanisms

Kofaktoren erweitern die begrenzte Chemie, die durch die zwanzig Standardaminosäuren zur Verfügung steht. Metallionen können Substrate polarisieren, Ladungen stabilisieren oder direkt an Redoxschritten teilnehmen, während organische Coenzyme als Träger von Elektronen, chemischen Gruppen oder Energie zwischen Reaktionen fungieren. Locker assoziierte Coenzyme diffundieren an das Enzym an und von ihm ab, während prosthetische Gruppen während der gesamten Katalyse gebunden bleiben, manchmal kovalent; in einigen multifunktionellen Enzymen sitzt eine prosthetische Gruppe an einem flexiblen „Schwingarm“, der Intermediate zwischen aktiven Zentren hin- und herpendelt. Die Bindung des entsprechenden Kofaktors wandelt das inaktive Apoenzym in das katalytisch kompetente Holoenzym um.

Clinical relevance

Da viele Coenzyme von Vitaminen abgeleitet sind, verknüpft das Kofaktor-Konzept die Enzymfunktion mit der Ernährung und erklärt, warum bestimmte Mikronährstoffe für den Stoffwechsel unerlässlich sind. Dieser Eintrag beschreibt die Biochemie der Kofaktorbindung als Referenz und ist keine Grundlage für Nahrungsergänzungsmittel oder Behandlungsentscheidungen.

History

Die Erkenntnis, dass einige Enzyme einen dissoziierbaren, hitzestabilen akzessorischen Faktor benötigen, entstand in frühen Studien zur Fermentation im frühen 20. Jahrhundert, wo der Begriff Coenzym eingeführt wurde. Als einzelne Coenzyme identifiziert wurden, stellte sich heraus, dass viele Derivate von diätetischen Vitaminen waren, was die Enzymologie mit der Ernährung verband. Spätere strukturelle Arbeiten klärten, wie fest gebundene prosthetische Gruppen und mobile Trägerarme innerhalb multifunktioneller Enzymkomplexe (Perham, 2000) wirken.

Key figures

• Richard N. Perham

Seminal works

• perham-2000

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem Coenzym und einer prosthetischen Gruppe?

Beide sind organische Kofaktoren, aber ein Coenzym bindet typischerweise locker und dissoziiert nach der Reaktion, während eine prosthetische Gruppe während der gesamten Katalyse fest oder kovalent an das Enzym gebunden bleibt.

Was versteht man unter Apoenzym und Holoenzym?

Das Apoenzym ist die Proteinkomponente ohne ihren Kofaktor und ist katalytisch inaktiv; das Holoenzym ist das vollständige, aktive Enzym, das entsteht, wenn das Protein mit seinem erforderlichen Kofaktor verbunden ist.