Kofaktor Organik dan Gugus Prostetik

Beberapa kofaktor organik tidak dilepaskan setelah setiap reaksi tetapi tetap terikat pada enzim — secara kuat, atau bahkan secara kovalen — sepanjang katalisis. Gugus prostetik ini, seperti heme, flavin FAD dan FMN, asam lipoat, dan biotin yang terikat secara kovalen, menjadi bagian permanen dari enzim yang bekerja daripada ko-substrat yang dapat berdisosiasi.

Definition

Kofaktor organik adalah molekul non-protein yang mengandung karbon yang diperlukan untuk aktivitas enzim; ketika kofaktor tersebut terikat kuat atau secara kovalen pada enzim dan tetap terikat sepanjang siklus katalitik, ia disebut gugus prostetik, berbeda dengan koenzim yang dapat berdisosiasi yang berperilaku seperti ko-substrat.

Scope

Topik ini membedakan koenzim yang dapat berdisosiasi dari gugus prostetik yang terikat kuat dan mengkaji gugus prostetik organik utama — heme dan tetrapirol lainnya, flavin terikat, asam lipoat, dan biotin yang terikat secara kovalen — bersama dengan kimia yang mereka kontribusikan. Ini adalah tinjauan referensi biokimia kofaktor organik, bukan panduan klinis.

Core questions

• Apa yang membedakan gugus prostetik dari koenzim yang dapat berdisosiasi?
• Bagaimana gugus heme memungkinkan pengikatan oksigen dan katalisis redoks?
• Bagaimana kofaktor yang terikat secara kovalen seperti lipoil atau biotinil mengangkut intermediat dalam kompleks enzim?
• Mengapa beberapa flavoenzim mengikat flavinnya secara kovalen?

Key concepts

• Koenzim yang dapat berdisosiasi versus gugus prostetik yang terikat
• Heme dan kofaktor tetrapirol lainnya
• Flavin yang terikat secara kovalen (FAD/FMN)
• Asam lipoat sebagai lengan ayun
• Biotin yang terikat secara kovalen dalam karboksilase
• Penyaluran substrat dalam kompleks multienzim

Mechanisms

Gugus prostetik tetap bersama enzim dan berkontribusi pada kimia yang terdefinisi. Gugus heme — suatu besi-porfirin — mengikat dan mengaktifkan oksigen serta mendukung transfer elektron dan oksigenasi, kimia di balik hemoprotein dan enzim heme (Poulos, 2014). Gugus prostetik flavin (FAD dan FMN), terkadang terikat secara kovalen, memberikan flavoprotein keserbagunaan redoks satu dan dua elektron yang khas (Macheroux et al., 2011). Asam lipoat, yang terhubung secara kovalen ke residu lisin, bertindak sebagai 'lengan ayun' panjang yang membawa intermediat reaksi antar situs aktif kompleks 2-okso asam dehidrogenase (Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018). Biotin yang terikat secara kovalen memainkan peran pembawa bergerak serupa dalam karboksilase. Dengan menjaga kofaktor tetap terikat, enzim dapat memposisikan dan menyalurkan intermediat reaktif daripada melepaskannya, melengkapi gambaran yang lebih luas tentang bagaimana kofaktor terikat dan situs logam menyetel katalisis (Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

Heme dan gugus prostetik terkait mendukung transportasi oksigen, respirasi, dan metabolisme xenobiotik, sementara pembawa yang terikat secara kovalen seperti asam lipoat merupakan pusat dekarboksilasi oksidatif dalam metabolisme energi, sehingga biokimia ini menginformasikan metabolisme dan farmakologi. Entri ini menjelaskan mekanisme dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

History

Perbedaan antara koenzim yang berdisosiasi bebas dan gugus prostetik yang terikat kuat telah ditarik sejak awal dalam enzimologi dan disempurnakan ketika struktur hemoprotein, flavoprotein, dan kompleks 2-okso asam dehidrogenase yang besar terpecahkan. Pekerjaan yang melacak asam lipoat ke kompleks dehidrogenase dan studi struktural enzim heme mengilustrasikan bagaimana kofaktor yang terikat memungkinkan katalisis bertahap yang disalurkan (Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011).

Seminal works

• poulos-2014
• reed-2001
• macheroux-2011
• holm-1996

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara koenzim dan gugus prostetik?

Keduanya adalah kofaktor organik, tetapi koenzim berdisosiasi dan diregenerasi seperti ko-substrat, sementara gugus prostetik tetap terikat kuat atau secara kovalen pada enzim sepanjang siklus katalitik.

Mengapa asam lipoat disebut lengan ayun?

Ia terikat secara kovalen pada enzim oleh tautan yang fleksibel, sehingga dapat secara fisik berayun di antara situs aktif yang berbeda dari kompleks multienzim, membawa intermediat reaksi dari satu ke yang berikutnya tanpa melepaskannya.