Связывание кофакторов и простетические группы

Многие ферменты не могут катализировать реакции, используя только аминокислотные остатки; для завершения каталитического механизма им требуется непротеиновый партнер — ион металла или органический кофермент. Эти кофакторы могут связываться слабо или быть постоянно присоединенными в качестве простетических групп, и их связывание превращает неактивный белок в функциональный фермент.

Definition

Кофактор — это непротеиновый химический компонент, необходимый для активности фермента; прочно или ковалентно связанные органические кофакторы называются простетическими группами, неактивный белок сам по себе является апоферментом, а белок плюс кофактор — это активный холофермент.

Scope

Статья охватывает различия между кофакторами, коферментами и простетическими группами; взаимосвязь апофермента/холофермента; как ионы металлов и органические кофакторы участвуют в катализе; а также связь многих коферментов с пищевыми витаминами. Это справочное описание ферментных кофакторов и не является источником рекомендаций по питанию или дозировке.

Core questions

• В чем разница между кофактором, коферментом и простетической группой?
• Как связанные кофакторы способствуют катализу?
• Что отличает апофермент от холофермента?
• Как многие коферменты связаны с витаминами?

Key concepts

• Кофактор против кофермента против простетической группы
• Апофермент и холофермент
• Кофакторы — ионы металлов
• Прочно связанные (простетические) против слабо связанных кофакторов
• Коферменты, полученные из витаминов
• Переносчики с «подвижным плечом» в многостадийных ферментах

Mechanisms

Кофакторы расширяют ограниченные химические возможности двадцати стандартных аминокислот. Ионы металлов могут поляризовать субстраты, стабилизировать заряд или непосредственно участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, в то время как органические коферменты действуют как переносчики электронов, химических групп или энергии между реакциями. Слабо ассоциированные коферменты диффундируют к ферменту и от него, тогда как простетические группы остаются связанными, иногда ковалентно, на протяжении всего катализа; в некоторых многофункциональных ферментах простетическая группа находится на гибком «подвижном плече», которое перемещает промежуточные продукты между активными центрами. Связывание соответствующего кофактора превращает неактивный апофермент в каталитически компетентный холофермент.

Clinical relevance

Поскольку многие коферменты являются производными витаминов, концепция кофакторов связывает функцию ферментов с питанием и объясняет, почему определенные микроэлементы необходимы для метаболизма. Эта статья описывает биохимию связывания кофакторов для справки и не является основой для принятия решений о пищевых добавках или лечении.

History

Признание того, что некоторым ферментам требуется диссоциируемый, термостабильный вспомогательный фактор, появилось в исследованиях ферментации начала XX века, где был введен термин «кофермент». По мере идентификации отдельных коферментов многие из них оказались производными пищевых витаминов, что связало энзимологию с питанием. Более поздние структурные работы прояснили, как прочно связанные простетические группы и подвижные переносчики функционируют в многофункциональных ферментных комплексах (Perham, 2000).

Key figures

• Richard N. Perham

Seminal works

• perham-2000

Frequently asked questions

В чем разница между коферментом и простетической группой?

Оба являются органическими кофакторами, но кофермент обычно связывается слабо и диссоциирует после реакции, тогда как простетическая группа остается прочно или ковалентно связанной с ферментом на протяжении всего катализа.

Что подразумевается под апоферментом и холоферментом?

Апофермент — это белковый компонент без своего кофактора, который каталитически неактивен; холофермент — это полный, активный фермент, образующийся, когда белок соединяется со своим необходимым кофактором.