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 riboflavinuFAD → další reakce s ATP – přenos AMP na FMN.

Redukce a reoxidace FMN a FAD

Příklady enzymů s FAD a FMN

acyl-CoA dehydrogenasa FAD

sukcinátdehydrogenasa FAD

glycerol-3-fosfátdehydrogenasa 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

• transport chemické energie v buňce• fosforylace v přenosu signálu

+ P ─ P ─ adenosin (ADP)

+ P ─ adenosin (AMP)

anorganický fosfát (Pi)

anorganický pyrofosfát (PPi)

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. B

9)

• 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

CH

COOH

NH3+

CH2

CH2

SCH3

+ ATP

N

NN

NO

CH

COOH

NH3+

CH2

CH2

S+

CH3 CH2

OH OH

NH2

+ HPO42- + H2P2O7

2-

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 K1

Vitamin K2

Vitamin K

• Vitamin K1 (fylochinon) – rostlinný původ (kofaktor fotosystému I)

• Vitamin K2 (menachinon) – bakteriální původ (tl. střevo, v bakteriích v elektron-transportním řetězci)

• K1 a K2 mají různé funkce– K1 – srážení krve– K2 – metabolismus kostí a cévních

stěn, buněčný růst

Syntetické deriváty vit.K

Fylochinon

Menachinon

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 methylmalonyl-

CoA mutasová reakce (methylmalonyl-CoA → sukcinyl-CoA)