有机辅因子和辅基

一些有机辅因子在每次反应后不会释放，而是通过紧密结合甚至共价结合的方式在整个催化过程中附着在酶上。这些辅基，例如血红素、黄素FAD和FMN、硫辛酸以及共价结合的生物素，成为工作酶的永久组成部分，而不是可解离的共底物。

Definition

有机辅因子是一种非蛋白质的、含碳分子，是酶活性所必需的；当这种辅因子紧密或共价结合到酶上并在整个催化循环中保持附着时，它被称为辅基，这与行为类似于共底物的可解离辅酶形成对比。

Scope

本主题区分了可解离的辅酶和紧密结合的辅基，并概述了主要的有机辅基——血红素和其他四吡咯、结合的黄素、硫辛酸和共价连接的生物素——以及它们所贡献的化学作用。这是一份关于有机辅因子生物化学的参考概述，而非临床指导。

Core questions

• 辅基与可解离辅酶有何区别？
• 血红素基团如何实现氧结合和氧化还原催化？
• 共价连接的辅因子（如硫酰基或生物素酰基）如何在酶复合物内穿梭中间体？
• 为什么有些黄素酶会共价结合其黄素？

Key concepts

• 可解离辅酶与结合辅基
• 血红素及其他四吡咯辅因子
• 共价结合的黄素（FAD/FMN）
• 作为摆臂的硫辛酸
• 羧化酶中共价连接的生物素
• 多酶复合物内的底物通道化

Mechanisms

辅基与酶结合并贡献明确的化学作用。血红素基团——一种铁卟啉——结合并激活氧气，支持电子转移和氧化，这是血红蛋白和血红素酶背后的化学机制（Poulos, 2014）。黄素辅基（FAD和FMN），有时共价连接，赋予黄素蛋白其特有的单电子和双电子氧化还原多功能性（Macheroux et al., 2011）。硫辛酸通过共价键连接到赖氨酸残基上，充当一个长的“摆臂”，在2-氧代酸脱氢酶复合物的活性位点之间携带反应中间体（Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018）。共价连接的生物素在羧化酶中扮演类似的移动载体角色。通过将辅因子束缚住，酶可以定位和引导反应中间体，而不是释放它们，这补充了结合辅因子和金属位点如何调节催化的更广泛图景（Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021）。

Clinical relevance

血红素和相关辅基是氧气运输、呼吸和异生物质代谢的基础，而共价结合的载体如硫辛酸在能量代谢中的氧化脱羧作用中至关重要，因此这种生物化学为代谢和药理学提供了信息。本条目描述的是机制，并非个体诊断或治疗的依据。

History

自由解离的辅酶和牢固结合的辅基之间的区别在酶学早期就已确立，并随着血红蛋白、黄素蛋白和大型2-氧代酸脱氢酶复合物结构的解析而得到完善。追溯硫辛酸与脱氢酶复合物关系的研究以及血红素酶的结构研究表明，束缚的辅因子如何实现通道化的多步催化（Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011）。

Seminal works

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

Frequently asked questions

辅酶和辅基有什么区别？

两者都是有机辅因子，但辅酶像共底物一样解离并再生，而辅基在整个催化循环中都紧密或共价结合在酶上。

为什么硫辛酸被称为摆臂？

它通过柔性连接共价附着在酶上，因此可以在多酶复合物的不同活性位点之间物理摆动，将反应中间体从一个位点携带到下一个位点而无需释放。