Kofaktory enzymů T. Kučera (upraveno z J. Novotné)
Kofaktory enzymů neproteinová, nízkomolekulární složka enzymu ko-katalyzátor potřebný k aktivitě enzymu pomocné molekuly v enzymové reakci holoenzym (aktivní) sestává z apoenzymu (enzym bez kofaktoru neaktivní) koenzym kofaktor reakční partner substrátu nebo reaktant regenerující enzym kofaktory pevně vázané k enzymu prosthetické skupiny regenerují se v téže reakci (isomerasy) nebo reakcí s jiným substrátem volně vázané koenzymy regenerují se reakcí s jiným enzymem
anorganické kovové ionty (Mg2+, Cu+, Mn2+, Zn2+, Fe2/3+, Mo) organické heterocykly, často obsahující fosfát mnohé obsahují nukleotidovou část molekuly často vitaminy nebo jejich deriváty rozp. ve vodě B, C, rozp. v tucích E, K
Kofaktory podle reakce oxidoreduktas NAD, NADP, FAD, FMN, ubichinon, biopterin, lipoamid, glutathion, FeS-klastry, hem, kovové ionty transferas 1C skupin THF, biotin, S-adenosylmethionin transferas dalších uhlíkatých zbytků TDP, CoA transferas dalších skupin ATP, PAPS, UDP, CDP, kobalamin, pyridoxalfosfát
Kofaktor Vitamín Enzymová reakce (příklad) Thiamindifosfát Thiamin, B1 Oxidační dekarboxylace FAD, FMN Riboflavin, B2 Redoxní reakce (přenos 2H) NAD+, NADP+ Niacin, B3 Redoxní reakce (přenos H ) Koenzym A Pantothenová kyselina, B5 Metabolismus FA (přenos acylu) Pyridoxalfosfát Pyridoxin, B6 Transaminace, dekarboxylace AMK Karboxybiotin Biotin, H, B7 Karboxylace (CO2) Tetrahydrofolát kyselina listová, B9 Přenos C1 Askorbát Vitamin C Hydroxylační reakce (kolagen) Menachinon Vitamin K Přenos karbonylové skupiny a electronů Lipoamid Kyselina lipoová Přenos elektronů a acylové skupiny Kobalamin Kobalamin, B12 Izomerace, přenos methylu
NAD (NADP ) + +
Redoxní reakce NAD RH2 + NAD+ NADH + H+ + R (de)hydrogenace na vazbě C O nebo C N proton uvolněn do roztoku např. laktátdehydrogenasa (laktát + NAD+ pyruvát + NADH + H+)
FAD, FMN
Vitamin B2 FMN ATP-dependentní fosforylace riboflavinu FAD další reakce s ATP přenos AMP na FMN.
Redukce a reoxidace FMN a FAD
Příklady enzymů s FAD a FMN acyl-coa dehydrogenasa sukcinátdehydrogenasa glycerol-3-fosfátdehydrogenasa FAD FAD FAD NADH-reduktasa (komplex I) FMN
Koenzym Q elektrontransportní řetězec lidský CoQ10 (Q = chinonová (quinone) hlavička, 10 = počet isoprenových jednotek v hydrofobním řetězci Redukovaná forma Oxidovaná forma
ATP + P P adenosin (ADP) anorganický fosfát (Pi) + P adenosin (AMP) anorganický pyrofosfát (PPi) transport chemické energie v buňce fosforylace v přenosu signálu
Pyridoxalfosfát (PLP) prosthetická skupina aminotransferas kofaktor všech transaminačních reakcí a některých dekarboxylací a deaminací aminokyselin Pyridoxine (vit. B6) Pyridoxal-5-fosfát (PLP) Pyridoxamin-5-fosfát
Thiaminpyrofosfát (difosfát) TPP (TDP) aktivní forma vitaminu B1 (první objevený vitamin) obsahuje substituované heterocykly pyrimidin a thiazol reakce reverzibilní štěpení na vazbě C C spojující C=O skupinu se sousední reaktivní skupinou (obvykle karboxyl či OH) přenos 2C zbytků v transketolasových reakcích v pentosafosfátové dráze oxidační dekarboxylace α-ketokyselin a vznik aldehydů (pyruvát acetaldehyd), kofaktor multienzymových komplexů PDH, -KGDH, BCADH
Tetrahydrofolát (THF) Aktivní forma kyseliny listové (vit. B9) donor 1C jednotek všech oxidačních úrovní kromě CO2 koenzym transferas součást syntézy nukleotidů a nukleových kyselin
Tetrahydrofolát (THF)
Koenzym A přenašeč acylu thiol reaguje s karboxylem za vzniku thioesteru např. přenos mastných kyselin z cytoplasmy do mitochondrie makroergická sloučenina účastnící se mnoha metabolických reakcí ( -oxidace MK, citrátový cyklus, biosyntézy lipidů )
S-adenosylmethionin COOH NH3+ NH3+ CH COOH CH2 CH CH2H CH2 + CH2 ATP + NH2 H3C S C N 2 O H3C S OH OH N N N + HPO42- + H2P2O72-
Biotin kofaktor v karboxylačních reakcích prosthetická skupina acetyl-coa karboxylasy a dalších ATPdependentních karboxylas kovalentně připojena k apoenzymu přes ε-aminoskupinu lysinu.
Kyselina lipoová prosthetická skupina, přenos vodíku a acylu amidově připojena k ε-aminoskupině lysinu (lipoamid) oxidace a dekarboxylace -ketokyselin (PDH, -KGDH, BCADH)
Vitamin K Vitamin K1 (fylochinon) rostlinný původ (kofaktor fotosystému I) Vitamin K2 (menachinon) bakteriální původ (tl. střevo, v bakteriích v elektrontransportním řetězci) K1 a K2 mají různé funkce Fylochinon Vitamin K1 Vitamin K2 Menachinon K1 srážení krve K2 metabolismus kostí a cévních stěn, buněčný růst Syntetické deriváty vit.k
Vitamin K - funkce kofaktor jaterní mikrosomální karboxylasy glutamátu vznik karboxyglutamátových zbytků v prothrombinu a koagulačních faktorech VII, IX a X (posttranslační modifikace) karboxylovaný glutamát chelatuje Ca2+, to umožňuje vazbu koagulačních faktorů k membránám tvoří vazebné místo pro Ca2+ také např. v osteokalcinu
Tokoferol, vitamin E α-tokoferolchinon tvořený oxidací z -tokoferolu je kofaktor v syntéze mitochondriálních nenasycených MK Chromanolový kruh hydrofobní alifatický postranní řetězec
Vitamin C hydroxylace prolinu a lysinu (kolagen) syntéza kolagenu prolylhydroxylasa, lysylhydroxylasa a lysyloxidasa obsahuje jako kofaktory Fe2+ a askorbát metabolismus Tyr v mozku
Ionty jako kofaktory Ion Příklad enzymu Cu2+ Cytochromoxidasa, katalasa Fe2+ a Fe3+ Cytochromy, hydroxylasy Mg2+ Glukosa-6-fosfatasa, hexokinasa, DNA-polymerasa Mn2+ Arginasa Zn2+ Alkoholdehydrogenasa, DNA polymerasa, karboanhydrasa (Se) (Glutathionperoxidasa ) FeS proteins (Fe2S2) NADH dehydrogenasa, sukcinátdehydrogenasa
Ferredoxiny FeS proteiny Fe2S2, Fe4S4, přenos elektronů redoxní reakce v dýchacím řetězci
Metaloporfyriny - hem sloučeniny odvozené od cyklického tetrapyrrolu - porfyrinu komplexy s kovovými ionty hem Fe, transport O2, přenos elektronů chlorofyl Mg2+ (Zn2+), fotosyntéza
Metaloporfyriny - kobalamin (vitamin B12) chemicky nejsložitější vitamin strukturně podobný hemu chelatovaným kovem je Co v člověku 2 metabolicky aktivní formy: methylkobalamin a deoxyadenosylkobalamin reakce cytoplasmatická methylace homocysteinu na methionin mitochondriální methylmalonylcoa mutasová reakce (methylmalonyl-coa sukcinyl-coa)