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)
