โคเอนไซม์และโคแฟกเตอร์
โคเอนไซม์และโคแฟกเตอร์คือตัวช่วยที่ไม่ใช่โปรตีนที่เอนไซม์หลายชนิดต้องการเพื่อเร่งปฏิกิริยา พวกมันให้องค์ประกอบทางเคมีที่สายโซ่ข้างของกรดอะมิโนเพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้ได้ เช่น การถ่ายโอนอิเล็กตรอน การนำหมู่ฟังก์ชัน หรือการจัดวางไอออนโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้ในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา ส่วนนี้จะจัดกลุ่มประเภทหลักของโมเลกุลตัวช่วยเหล่านี้และเอนไซม์ที่ต้องพึ่งพาพวกมัน
Definition
โคแฟกเตอร์คือองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่ใช่โปรตีนที่จำเป็นต่อการทำงานของเอนไซม์; โคแฟกเตอร์อินทรีย์เรียกว่าโคเอนไซม์, โคแฟกเตอร์ที่จับแน่นหรือจับด้วยพันธะโควาเลนต์เรียกว่าหมู่พรอสเทติก, และโปรตีนที่ไม่ทำงานเชิงเร่งปฏิกิริยาที่ขาดโคแฟกเตอร์คืออะโพเอนไซม์ ซึ่งจะกลายเป็นโฮโลเอนไซม์ที่ทำงานได้เมื่อโคแฟกเตอร์จับตัว
Scope
ส่วนนี้สำรวจโคเอนไซม์อินทรีย์ (รวมถึงตัวพาปฏิกิริยารีดอกซ์ เช่น NAD+ และ FAD และโคเอนไซม์หลายชนิดที่ได้จากวิตามิน), โคแฟกเตอร์ไอออนโลหะอนินทรีย์, เอนไซม์ที่ต้องพึ่งพาโลหะที่ใช้โคแฟกเตอร์เหล่านี้, และโคแฟกเตอร์อินทรีย์ที่จับแน่นและหมู่พรอสเทติกในวงกว้างขึ้น โดยจัดทำขึ้นเพื่อเป็นภาพรวมอ้างอิงของชีวเคมีโคแฟกเตอร์ของเอนไซม์ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- โคแฟกเตอร์เพิ่มองค์ประกอบทางเคมีอะไรที่สายโซ่ข้างของโปรตีนไม่สามารถให้ได้?
- โคเอนไซม์แตกต่างจากหมู่พรอสเทติกและโคแฟกเตอร์ไอออนโลหะอย่างไร?
- วิตามินชนิดใดบ้างที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของโคเอนไซม์ และสิ่งนี้เชื่อมโยงโภชนาการกับการทำงานของเอนไซม์ได้อย่างไร?
- เอนไซม์ได้รับและแยกแยะไอออนโลหะได้อย่างไร?
Key concepts
- อะโพเอนไซม์, โฮโลเอนไซม์, และการจับของโคแฟกเตอร์
- โคเอนไซม์เทียบกับหมู่พรอสเทติก
- โคซับสเตรต (ที่แยกตัวได้) เทียบกับโคแฟกเตอร์ที่จับแน่น
- โคเอนไซม์รีดอกซ์ในฐานะตัวพาอิเล็กตรอน
- โคเอนไซม์ถ่ายโอนหมู่
- โคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามิน
- โคแฟกเตอร์ไอออนโลหะและเมทัลโลเอนไซม์
- การสร้างโคแฟกเตอร์ใหม่และการหมุนเวียน
Mechanisms
โคแฟกเตอร์ช่วยเพิ่มความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของโปรตีน โคเอนไซม์รีดอกซ์ เช่น NAD+ และ FAD ทำหน้าที่ขนส่งอิเล็กตรอนและไฮไดรด์ระหว่างสารตั้งต้นกับวิถีการหายใจหรือการสังเคราะห์ทางชีวภาพ โดยหมุนเวียนระหว่างรูปแบบที่ถูกออกซิไดซ์และรีดิวซ์ (Verdin, 2015; Holm et al., 1996) โคเอนไซม์ถ่ายโอนหมู่ ซึ่งหลายชนิดได้มาจากวิตามินที่ละลายน้ำได้ จะนำหมู่เคมีต่างๆ เช่น ไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟต (pyridoxal 5'-phosphate) สร้างชีฟเบส (Schiff base) ที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีของกรดอะมิโนได้ (Eliot & Kirsch, 2004) ไอออนโลหะทำหน้าที่เป็นกรดลิวอิส (Lewis acids), ศูนย์รีดอกซ์ (redox centres), หรือตัวยึดโครงสร้าง โคเอนไซม์ที่แยกตัวได้จะทำหน้าที่คล้ายโคซับสเตรต (co-substrate) ที่ถูกใช้ไปและสร้างขึ้นใหม่ ในขณะที่หมู่พรอสเทติกจะยังคงจับอยู่ตลอดวัฏจักรการเร่งปฏิกิริยา อะโพเอนไซม์จะไม่ทำงานจนกว่าจะจับกับโคแฟกเตอร์เพื่อสร้างโฮโลเอนไซม์ที่ทำงานได้ (Nelson & Cox, 2021)
Clinical relevance
เนื่องจากโคเอนไซม์หลายชนิดได้มาจากวิตามินและแร่ธาตุรอง ชีวเคมีของโคแฟกเตอร์จึงเป็นพื้นฐานของความเชื่อมโยงระหว่างสถานะของสารอาหารรองกับการทำงานของเอนไซม์ที่อธิบายไว้ในโภชนาการและการเผาผลาญ หัวข้อในที่นี้อธิบายว่าโคแฟกเตอร์ช่วยให้เกิดการเร่งปฏิกิริยาในระดับกลไกได้อย่างไร โดยอธิบายถึงชีวเคมีและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การให้ยา หรือการรักษาเฉพาะบุคคล
History
แนวคิดเรื่องโคแฟกเตอร์พัฒนามาจากการศึกษาในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ที่แสดงให้เห็นว่า 'โคเฟอร์เมนต์' (co-ferments) ที่สามารถล้างออกได้และทนความร้อนนั้นจำเป็นควบคู่ไปกับโปรตีนเอนไซม์ และหลายชนิดในจำนวนนี้มีความเกี่ยวข้องกับวิตามินที่เพิ่งถูกค้นพบ การศึกษาโครงสร้างและกลไกในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้กำหนดว่าโคเอนไซม์รีดอกซ์ โคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามิน และตำแหน่งโลหะทำงานอย่างไร ซึ่งได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นในบทวิจารณ์เกี่ยวกับตำแหน่งโลหะทางชีวภาพและไพริดอกซาล-ฟอสเฟต (pyridoxal-phosphate) และโคเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง (Holm et al., 1996; Eliot & Kirsch, 2004)
Related topics
Seminal works
- holm-1996
- eliot-2004
- verdin-2015
Frequently asked questions
- โคเอนไซม์กับโคแฟกเตอร์ต่างกันอย่างไร?
- โคแฟกเตอร์เป็นคำทั่วไปสำหรับองค์ประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนใดๆ ที่เอนไซม์ต้องการ; โคเอนไซม์หมายถึงโคแฟกเตอร์อินทรีย์โดยเฉพาะ (เช่น NAD+ หรือโคเอนไซม์เอ) ในขณะที่ไอออนโลหะเป็นโคแฟกเตอร์อนินทรีย์
- หมู่พรอสเทติกคืออะไร?
- หมู่พรอสเทติกคือโคแฟกเตอร์ที่จับแน่นหรือจับด้วยพันธะโควาเลนต์กับเอนไซม์และยังคงติดอยู่ตลอดวัฏจักรการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งแตกต่างจากโคเอนไซม์ที่แยกตัวได้ซึ่งมาและไปเหมือนโคซับสเตรต