Organik Kofaktörler ve Prostetik Gruplar
Bazı organik kofaktörler her reaksiyondan sonra serbest bırakılmamakta, ancak kataliz boyunca enzime sıkıca, hatta kovalent olarak bağlı kalmaktadır. Heme, FAD ve FMN flavinleri, lipoik asit ve kovalent bağlı biyotin gibi bu prostetik gruplar, ayrılabilir ko-substratlar yerine çalışan enzimin kalıcı parçaları haline gelmektedir.
Tanım
Organik kofaktör, enzim aktivitesi için gerekli olan, protein olmayan, karbon içeren bir moleküldür. Böyle bir kofaktör enzime sıkıca veya kovalent olarak bağlandığında ve katalitik döngü boyunca bağlı kaldığında prostetik grup olarak adlandırılmaktadır; bu durum, bir ko-substrat gibi davranan ayrılabilir bir koenzimin aksinedir.
Kapsam
Bu konu, ayrılabilir koenzimleri sıkıca bağlı prostetik gruplardan ayırmakta ve başlıca organik prostetik grupları – heme ve diğer tetrapiroller, bağlı flavinler, lipoik asit ve kovalent bağlı biyotin – katkıda bulundukları kimya ile birlikte incelemektedir. Bu, organik kofaktör biyokimyasına dair bir referans genel bakış olup, klinik bir rehberlik niteliği taşımamaktadır.
Temel sorular
- Bir prostetik grubu ayrılabilir bir koenzimden ayıran nedir?
- Heme grubu, oksijen bağlanmasını ve redoks katalizini nasıl mümkün kılar?
- Lipoil veya biyotinil gibi kovalent bağlı bir kofaktör, bir enzim kompleksi içinde ara ürünleri nasıl taşır?
- Bazı flavoenzimler flavinlerini neden kovalent olarak bağlar?
Anahtar kavramlar
- Ayrılabilir koenzim ve bağlı prostetik grup
- Heme ve diğer tetrapirol kofaktörler
- Kovalent bağlı flavinler (FAD/FMN)
- Salınan kol (swinging arm) olarak lipoik asit
- Karboksilazlarda kovalent bağlı biyotin
- Çoklu enzim kompleksleri içinde substrat yönlendirmesi (substrate channelling)
Mekanizmalar
Prostetik gruplar enzimle birlikte kalmakta ve belirli bir kimyasal katkıda bulunmaktadır. Heme grubu – bir demir-porfirin – oksijeni bağlamakta ve aktive etmekte, elektron transferini ve oksijenasyonu desteklemektedir; bu, hemoproteinlerin ve heme enzimlerinin arkasındaki kimyadır (Poulos, 2014). Bazen kovalent olarak bağlı olan flavin prostetik grupları (FAD ve FMN), flavoproteinlere karakteristik tek ve iki elektronlu redoks çok yönlülüğünü kazandırmaktadır (Macheroux et al., 2011). Lizin kalıntısına kovalent olarak bağlı lipoik asit, 2-okso asit dehidrogenaz komplekslerinin aktif bölgeleri arasında reaksiyon ara ürünlerini taşıyan uzun bir 'salınan kol' (swinging arm) gibi işlev görmektedir (Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018). Kovalent bağlı biyotin, karboksilazlarda benzer bir mobil taşıyıcı rolü oynamaktadır. Kofaktörü bağlı tutarak, enzim reaktif ara ürünleri serbest bırakmak yerine konumlandırabilmekte ve yönlendirebilmekte; bu durum, bağlı kofaktörlerin ve metal bölgelerinin katalizi nasıl ayarladığına dair daha geniş resmi tamamlamaktadır (Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021).
Klinik önem
Heme ve ilgili prostetik gruplar oksijen taşınması, solunum ve ksenobiyotik metabolizmasının temelini oluşturmaktadır. Lipoik asit gibi kovalent bağlı taşıyıcılar ise enerji metabolizmasındaki oksidatif dekarboksilasyon için merkezi bir öneme sahiptir; bu nedenle, bu biyokimya metabolizma ve farmakoloji hakkında bilgi sağlamaktadır. Bu madde mekanizmaları tanımlamakta olup, bireysel tanı veya tedavi için bir temel teşkil etmemektedir.
Tarihçe
Serbestçe ayrışan koenzimler ile sıkıca bağlı prostetik gruplar arasındaki ayrım, enzimolojinin erken dönemlerinde yapılmış ve hemoproteinlerin, flavoproteinlerin ve büyük 2-okso asit dehidrogenaz komplekslerinin yapıları çözüldükçe geliştirilmiştir. Lipoik asidin dehidrogenaz komplekslerine izini süren çalışmalar ve heme enzimlerinin yapısal incelemeleri, bağlı kofaktörlerin nasıl yönlendirilmiş, çok adımlı katalizi mümkün kıldığını göstermektedir (Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011).
İlgili konular
Temel eserler
- poulos-2014
- reed-2001
- macheroux-2011
- holm-1996
Sıkça sorulan sorular
- Bir koenzim ile prostetik grup arasındaki fark nedir?
- Her ikisi de organik kofaktördür, ancak bir koenzim ayrışır ve bir ko-substrat gibi yeniden üretilirken, bir prostetik grup katalitik döngü boyunca enzime sıkıca veya kovalent olarak bağlı kalır.
- Lipoik asit neden 'salınan kol' (swinging arm) olarak adlandırılır?
- Enzime esnek bir bağ ile kovalent olarak bağlıdır, bu sayede bir çoklu enzim kompleksinin farklı aktif bölgeleri arasında fiziksel olarak salınım yapabilir ve reaksiyon ara ürünlerini serbest bırakmadan birinden diğerine taşıyabilir.