โคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามิน

วิตามินที่ละลายในน้ำส่วนใหญ่มีคุณค่าไม่ใช่เพราะตัววิตามินเอง แต่เป็นเพราะเซลล์เปลี่ยนวิตามินเหล่านั้นให้เป็นโคเอนไซม์ ไทอามีนจะกลายเป็นไทอามีนไดฟอสเฟต ไรโบฟลาวินจะกลายเป็น FAD และ FMN ไนอะซินจะกลายเป็น NAD+ วิตามินบี 6 จะกลายเป็นไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟต แพนโทธีเนตจะกลายเป็นโคเอนไซม์เอ ไบโอตินและโฟเลตจะกลายเป็นโคเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ขนส่งหมู่เคมี หัวข้อนี้เชื่อมโยงโภชนาการเข้ากับเคมีของเอนไซม์

Definition

โคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามินคือโคแฟกเตอร์ของเอนไซม์อินทรีย์ที่เซลล์สังเคราะห์ขึ้นจากวิตามินในอาหาร (ส่วนใหญ่เป็นวิตามินกลุ่มบี) โดยแต่ละชนิดถูกปรับให้เหมาะสมกับการขนส่งหมู่เคมีเฉพาะหรือคู่ของอิเล็กตรอนในระหว่างการเร่งปฏิกิริยา

Scope

หัวข้อนี้สำรวจวิตามินกลุ่มบีและโคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามินเหล่านั้น หมู่เคมีที่โคเอนไซม์แต่ละชนิดขนส่ง และปฏิกิริยาตัวอย่างที่โคเอนไซม์เหล่านี้ช่วยให้เกิดขึ้นได้ อธิบายว่าเหตุใดความพร้อมของสารอาหารรองจึงจำกัดการทำงานของเอนไซม์ นี่คือภาพรวมอ้างอิงของชีวเคมีของโคเอนไซม์ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกหรือโภชนาการ

Core questions

• วิตามินชนิดใดที่ให้กำเนิดโคเอนไซม์ชนิดใด และโคเอนไซม์แต่ละชนิดขนส่งหมู่เคมีใด?
• ไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟตกระตุ้นเคมีของกรดอะมิโนได้อย่างไร?
• เหตุใดการขาดวิตามินจึงส่งผลให้การทำงานของเอนไซม์บกพร่อง?
• โคเอนไซม์เหล่านี้ถูกสังเคราะห์ทางชีวภาพจากสารตั้งต้นวิตามินได้อย่างไร?

Key concepts

• ไทอามีนไดฟอสเฟต (TPP) และการดีคาร์บอกซิเลชันของ 2-ออกโซแอซิด
• FAD และ FMN ที่ได้จากไรโบฟลาวินในฟลาโวโปรตีน
• NAD+/NADP+ ที่ได้จากไนอะซิน
• ไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟต (PLP) และเคมีของ Schiff-base
• โคเอนไซม์เอที่ได้จากแพนโทธีเนตและการถ่ายโอนอะซิล
• ไบโอตินและการถ่ายโอน CO2 ในคาร์บอกซิเลส
• เตตระไฮโดรโฟเลตที่ได้จากโฟเลตและการถ่ายโอนคาร์บอนหนึ่งอะตอม
• โคเอนไซม์ที่ได้จากโคบาลามิน

Mechanisms

โคเอนไซม์ที่ได้จากวิตามินแต่ละชนิดมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดไว้ ไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟต ซึ่งได้มาจากวิตามินบี 6 จะสร้างอัลดีมีน (Schiff base) กับหมู่อะมิโนของสารตั้งต้นและทำให้คาร์บานไอออนตัวกลางเสถียรขึ้น ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาทรานส์อะมิเนชัน ดีคาร์บอกซิเลชัน และปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องในเอนไซม์ซูเปอร์แฟมิลีขนาดใหญ่ (Eliot & Kirsch, 2004; Mukherjee et al., 2011) ไทอามีนไดฟอสเฟตทำให้สารเทียบเท่าอะซิล-แอนไอออนเสถียรขึ้นผ่านวงแหวนไทอะโซเลียมที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งสนับสนุนการดีคาร์บอกซิเลชันของ 2-ออกโซแอซิด ไบโอตินซึ่งเชื่อมต่อกับเอนไซม์คาร์บอกซิเลสด้วยพันธะโควาเลนต์ จะขนส่งหมู่คาร์บอกซิลที่ถูกกระตุ้นเพื่อถ่ายโอน CO2 (Tong, 2013) เตตระไฮโดรโฟเลต ซึ่งได้มาจากโฟเลต จะขนส่งหน่วยคาร์บอนหนึ่งอะตอมในสถานะออกซิเดชันหลายสถานะผ่านเมแทบอลิซึมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม (Ducker & Rabinowitz, 2017) ไรโบฟลาวินให้โคเอนไซม์ฟลาวิน FAD และ FMN ที่ใช้โดยฟลาโวโปรตีน และไนอะซินให้คู่รีดอกซ์ NAD+/NADP+ (Macheroux et al., 2011; Nelson & Cox, 2021)

Clinical relevance

เนื่องจากโคเอนไซม์เหล่านี้มาจากวิตามิน ชีวเคมีในที่นี้จึงเป็นพื้นฐานระดับโมเลกุลสำหรับการเชื่อมโยงระหว่างสถานะสารอาหารรองกับการทำงานของเอนไซม์ที่กล่าวถึงในวิทยาศาสตร์โภชนาการ ข้อมูลนี้อธิบายกลไกและวิถีการทำงาน ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การเสริมอาหาร หรือการกำหนดอาหารเฉพาะบุคคล

History

การตระหนักว่าวิตามินหลายชนิดเป็นสารตั้งต้นของโคเอนไซม์เกิดขึ้นเมื่อ 'โคเฟอร์เมนต์' ในยุคแรกเริ่มของเอนไซม์วิทยาได้รับการระบุทางเคมีและจับคู่กับวิตามินที่ค้นพบจากการศึกษาภาวะขาดสารอาหาร งานวิจัยโครงสร้างและกลไกในภายหลังได้ระบุว่าโคเอนไซม์แต่ละชนิดขนส่งหมู่เคมีเฉพาะของตนอย่างไร โดยมีตัวอย่างที่ละเอียดของเอนไซม์ไพริดอกซาล-ฟอสเฟต คาร์บอกซิเลสที่ขึ้นกับไบโอติน และเมแทบอลิซึมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมที่อาศัยโฟเลต (Eliot & Kirsch, 2004; Tong, 2013; Ducker & Rabinowitz, 2017)

Seminal works

• eliot-2004
• tong-2013
• ducker-2017
• mukherjee-2011

Frequently asked questions

เหตุใดวิตามินบีจึงมีความสำคัญต่อเมแทบอลิซึมมาก?

เซลล์จะเปลี่ยนวิตามินบีให้เป็นโคเอนไซม์ที่เอนไซม์หลายชนิดต้องการ หากไม่มีโคเอนไซม์ เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องก็ไม่สามารถทำงานได้ ดังนั้นวิตามินจึงทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับกลไกการเร่งปฏิกิริยาที่จำเป็น

ไพริดอกซาล 5'-ฟอสเฟตมีบทบาททางเคมีอย่างไร?

มันสร้าง Schiff base กับสารตั้งต้นกรดอะมิโนและทำให้คาร์บานไอออนตัวกลางที่เกิดขึ้นเสถียร ซึ่งช่วยให้เอนไซม์สามารถดำเนินปฏิกิริยาต่างๆ เช่น ทรานส์อะมิเนชันและดีคาร์บอกซิเลชันบนกรดอะมิโนได้