Cofatores Orgânicos e Grupos Prostéticos

Alguns cofatores orgânicos não são liberados após cada reação, mas permanecem ligados à enzima — firmemente, ou até covalentemente — durante toda a catálise. Esses grupos prostéticos, como o heme, as flavinas FAD e FMN, o ácido lipoico e a biotina ligada covalentemente, tornam-se partes permanentes da enzima em funcionamento, em vez de cossubstratos dissociáveis.

Definition

Um cofator orgânico é uma molécula não proteica, contendo carbono, necessária para a atividade enzimática; quando tal cofator está ligado firmemente ou covalentemente à enzima e permanece ligado durante todo o ciclo catalítico, é denominado grupo prostético, em contraste com uma coenzima dissociável que se comporta como um cossubstrato.

Scope

O tópico distingue coenzimas dissociáveis de grupos prostéticos firmemente ligados e examina os principais grupos prostéticos orgânicos — heme e outros tetrapirois, flavinas ligadas, ácido lipoico e biotina ligada covalentemente — juntamente com a química que eles contribuem. É uma visão geral de referência da bioquímica de cofatores orgânicos, não uma orientação clínica.

Core questions

• O que distingue um grupo prostético de uma coenzima dissociável?
• Como o grupo heme permite a ligação de oxigênio e a catálise redox?
• Como um cofator ligado covalentemente, como lipoil ou biotinil, transporta intermediários dentro de um complexo enzimático?
• Por que algumas flavoenzimas ligam sua flavina covalentemente?

Key concepts

• Coenzima dissociável versus grupo prostético ligado
• Heme e outros cofatores tetrapirois
• Flavinas ligadas covalentemente (FAD/FMN)
• Ácido lipoico como um braço oscilante
• Biotina ligada covalentemente em carboxilases
• Canalização de substrato dentro de complexos multienzimáticos

Mechanisms

Os grupos prostéticos permanecem com a enzima e contribuem com uma química definida. O grupo heme — uma ferro-porfirina — liga e ativa o oxigênio e suporta a transferência de elétrons e a oxigenação, a química por trás das hemoproteínas e enzimas heme (Poulos, 2014). Grupos prostéticos de flavina (FAD e FMN), às vezes ligados covalentemente, conferem às flavoproteínas sua versatilidade redox característica de um e dois elétrons (Macheroux et al., 2011). O ácido lipoico, ligado covalentemente a um resíduo de lisina, atua como um longo 'braço oscilante' que transporta intermediários de reação entre os sítios ativos dos complexos de 2-oxoácido desidrogenase (Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018). A biotina ligada covalentemente desempenha um papel semelhante de transportador móvel em carboxilases. Ao manter o cofator ancorado, a enzima pode posicionar e canalizar intermediários reativos em vez de liberá-los, complementando o panorama mais amplo de como os cofatores ligados e os sítios metálicos ajustam a catálise (Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

O heme e grupos prostéticos relacionados sustentam o transporte de oxigênio, a respiração e o metabolismo de xenobióticos, enquanto transportadores ligados covalentemente, como o ácido lipoico, são centrais para a descarboxilação oxidativa no metabolismo energético, de modo que esta bioquímica informa o metabolismo e a farmacologia. A entrada descreve mecanismos e não é uma base para diagnóstico ou tratamento individual.

History

A distinção entre coenzimas que se dissociam livremente e grupos prostéticos firmemente ligados foi estabelecida no início da enzimologia e refinada à medida que as estruturas de hemoproteínas, flavoproteínas e os grandes complexos de 2-oxoácido desidrogenase foram elucidadas. Trabalhos que rastrearam o ácido lipoico até os complexos desidrogenase e estudos estruturais de enzimas heme ilustram como os cofatores ancorados permitem a catálise canalizada e em várias etapas (Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011).

Seminal works

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

Frequently asked questions

Qual a diferença entre uma coenzima e um grupo prostético?

Ambos são cofatores orgânicos, mas uma coenzima se dissocia e é regenerada como um cossubstrato, enquanto um grupo prostético permanece firmemente ou covalentemente ligado à enzima durante todo o ciclo catalítico.

Por que o ácido lipoico é chamado de braço oscilante?

Ele é ligado covalentemente à enzima por uma ligação flexível, de modo que pode oscilar fisicamente entre os diferentes sítios ativos de um complexo multienzimático, transportando intermediários de reação de um para o outro sem liberá-los.