Koenzim

Koenzim ili kofaktor ili prostetska grupa je mala organske čestice neproteinskog porijekla, koja je vezana za enzim jačom ili slabijom vezom.^[1]^[2]^[3]^[4] Koenzimi su vrlo bitni u metabolizmuu organizama zato što enzimske katalitske sposobnosti ovise o njima. Njihova uloga nije stalna, jer se mijenja ovisono i o datom kofaktoru i enzimu. Enzimi koji nemaju kofaktor označavaju se kao apoenzimi. Enzim koji je kompletan i katalitski aktivan je holoenzim. Apoenzim je proteinski dio enzima, ali pošto nema koenzim – nema ni katalitsku sposobnost zbog nepovoljne konformacije.^[5]^[6]

Koenzim ne mora obavezno biti na aktivnom mjestu enzima, nego i pored aktivnog mjesta ili još udaljenije. Udaljenost nema tako bitnu ulogu, jer je jedino važno da vezani koenzim izaziva promjenu konformacije proteinskog dijela enzima. Tako koenzim je stimulira nedjelotvorno aktivno mjesto enzima, pretvarajući ga u aktivno, da može primati supstrat i pretvarati ga u produkt.^[7]^[8]^[9]

Koenzim može biti različite građe, kao što su:

mala organska molekula,
metalni ion ili
neka druga jednostavna molekula.

Koenzime se klasificiraju prema hemijskoj grupi koju prenose:

koenzimi prijenosnici vodika (=oksidoreduktaze):
- flavin-mononukleotid (FMN),
- flavin-adenin-dinukleotid (FAD),
- ubikinon (Q),
- nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+),
- nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP+),
- ćelijski hemini,
- liponska kiselina (Lip (S2);
koenzimi prijenosnici grupa:
- piridoksal-fosfat (PLP),
- citidin-difosfat (CDP),
- uridin difosfat (UDP),
- adenozin trifosfat (ATP),
- sulfat fosfoadenilne kiseline (PAPS);
koenzimi za prijenos C1-jedinica:
- koenzimi izomeraza i
- lijaza.

Koenzime e dijele i po načina povezivanja s enzimom:

prostetske grupe (ili aktivne grupe)
kosupstrate (koenzimi u užem smislu)

Klasifikacija

Kofaktori se mogu podijliti u dvije široke grupe:

organski, kao što su flavin ili hem i
neorganski kofaktori, kao metalni ioni Mg²⁺, Cu⁺, Mn²⁺ ili željezno-sumporni klasteri.

Organski kofaktori se ponekad dalje dijele na koenzima i protetske grupe. Termin koenzim se posebno odnosi na enzime i, kao takav, na funkcijska svojstva proteina. S druge strane, "protetska grupa" naglašava prirodu veza kofaktora za protein (uske ili kovalentne) i, na taj način, odnosi se na strukturno svojstvo. Različiti izvori daju neznatno različite definicije koenzima, kofaktora, i protetske grupe. Neki smatraju da su čvrsto vezane organske molekule – protetske grupe, a ne koenzimi, dok drugi kao koenzime definiraju sve neproteinske organske molekule potrebne za aktivnost enzima, a one koje su čvrsto vezane klasificiraju kao koenzim protetske grupe. Treba napomenuti da se svi ovi termini često koriste labavo, a ponekad i proizvoljno, kao sinonimi ili orijentacija.

U prilogu iz 1979. Trendovi u biohemijskim naukama (Trends in biochemical sciences) istaknuta je konfuzija u literaturi i suštinski proizvoljna razlika između protetskih grupa i koenzima i predložena slijedeće shema. Evo kofaktora su definirani kao dodatna tvar osim proteina i enzimskog supstrata koji je potreban za aktivnost enzima i protetskih grupa kao tvari koja prolazi cijelim tokom katalitskog ciklusa prikopčane na jednu molekulu enzima . Međutim, autor nije mogao postići jednu sveobuhvatnu definiciju "koenzima" i predložio da se u literaturi napusti upotreba ovog termina.^[10]

Neorganski

Metalni ioni

Metalni ioni su opći kofaktori. Proučavanje ovih kofaktora spada u područje bioneorganska hemije. U ishrani, na listi esencijskih elemenata u tragovima odražava njihovu ulogu kao kofaktora. Kod ljudi, ova listi obično uključuje željezo, magnezij, mangan, kobalt, bakar, cink i molibden. Iako nedostatak hroma uzrokuje poremećenu toleranciju glukoze, nije identificiran ni jedan ljudski enzim sa ovim metalom kao kofaktorom. Jod je također bitan element u tragovima, ali ovaj element se koristi kao dio strukture hormona štitnjače, a ne kao kofaktor enzima Kalcij je još jedan poseban slučaj, po tome što je potreban kao komponenta ljudske ishrane, za punu aktivnost mnogih enzima, kao što su sintaza azotoksida, protein fosfataza i adenilat kinaza, ali kalcij aktivira i ove enzime u alosternoj formi, često se vežući za ove enzime u kompleksu sa kalmodulinom. Kalcij je, dakle, ćelijska signalizacja molekula, a obično se ne smatra kofaktor reguliranja enzima.

Jednostavni Fe₂S₂ klaster koji sadrži dva atoma željeza i dva atima sumpora, koordinirana putem četiri cisteinska ostatka

Ostali organizmi trbaju dodatne metale, kao enzimske kofaktore, kao što su vanadij u nitrogenazi u dušičnoj fiksaciji bakterija iz roda Azotobacter.^[11]^[12] U mnogim slučajevima, kofaktor uključuje i neorgansku i organsku komponentu. Jedan raznolik niz primjera je u hem proteinima, koji se sastoje od porfirinskog prstena koordiniranog na željezo.

Ion	Primjeri enzima koji sadrže ion
Bakarni	Citohrom oksidaza
Fero ili Feri	Katalaza Citohrom (preko Hema) Nitrogenaza Hidrogenaza
Magnezij	Glukoza 6-fosfataza Heksokinaza DNK polimeraza
Mangan	Arginaza
Molibden	Nitrat reduktaza Nitrogenaza
Nikl	Ureaza
Cink	Alkohol dehidrogenaza Ugljik anhdraza DNK polimeraza

Klasteri željezo – sumpor

Željezo-sumpor klasteri su kompleksi atoma željeza i sumpora u proteinima cisteinskih ostataka. Oni imaju i strukturne i funkcijske uloge, uključujući i transfer elektrona, redoks senzore, a kao strukturne module.^[13]

Organski

Organski kofactori su male organske molekule (tipski, manje molekulske mase od 1000 Da) koje mogu biti ili slabo ili čvrsto vezane za enzim i direktno sudjelovati u reakciji.^[14]^[15]^[16] U ovom drugom slučaju, kada je teško uklanjanje bez denaturiranja enzima, može se nazvati protetska grupa. Važno je naglasiti da ne postoji oštra podjela između slabo i čvrsto vezanih kofaktora. Ustvari mnogi, poput NAD ⁺, u nekim enzima, mogu biti čvrsto vezani, dok su u drugima slabo vezani. Jedan od primjera je tiamin pirofosfat (TE), koji je čvrsto vezan u tranketolazi ili piruvat dekarboksilazi, dok se manje čvrsto vezan u piruvat dehidrogenazi. Ostali koenzimi, flavin adenin dinukleotid (FAD), biotin i lipoamid, naprimjer, su kovalentno vezani. Čvrsto vezani kofaktori se, općenito, regeneriraju u istoj reakciji ciklusa, dok se slabo vezani mogu regenerirati u narednoj reakciji kataliziranoj drugim enzimom. U drugom slučaju, kofaktorom se može smatrati podloga ili kosupstrat.

Vitamini mogu biti prekursori za mnoge organske kofaktore (npr., B₁, B₂, B₆, B₁₂, nijacin, folna kiselina) ili kao samostalni koenzimi (npr,, vitamin C). Međutim, vitamini suštinski imaju druge funkcije u tijelu. Mnogi organski kofaktori također sadrže nukleotida, kao što su elektronski nositelji NAD i FAD i koenzima A, koji nose acil grupe. Većina ovih kofaktora se nalaze u velikom broju vrsta, a neki su univerzalni za sve oblike života. Izuzetak od ove široke distribucije je grupa jedinstvenih kofaktora koji su evoluirali u metanogene, koji su ograničeni na grupu archaea.^[17]

Vitamini i derivati

Kofaktor	Vitamin	Dodatna komponenta	Transferirana hemijska grupa	Rasprostranjenje
Tiamin pirofosfat	Tiamin (B₁)	Nema	2-ugljik grupe, α cijepanje	Bakterije, archaea i eukarioti
NAD⁺ i NADP⁺	Nijacin (B₃)	ADP	Elektroni	Bakterije, archaea ieukarioti
Piridoksal fosfat	Piridoksin (B₆)	Nema	Amino i karboksil grupe	Bakterije, archaea i eukarioti
Metillkobalamin	Vitamin B₁₂	Metil grupa	Acil grupe	Bakterije, archaea eukarioti
Kobalamin	Kobalamin (B₁₂)	Nema	Vodik, alkil grupe	Bakterije, archaea i eukarioti
Biotin	Biotin (H)	Nema	CO₂	Bakterije, archaea i eukarioti
Koenzime A	Pantotenska kiselina (B₅)	ADP	Acetil grupa i ostale acil grupe	Bakterije, archaea eukarioti
Tetrahidrofolna kiselina	Folna kiselina (B₉)	Glutamatni ostaci	Metil, formil, metilen i formimino grupe	Bakterije, archaea u eukarioti
Menakuinon	Vitamin K	Nema	Karbonil grupa i elektroni	Bacteria, archaea i eukarioti
Askorbinska kiselina	Vitamin C	Nema	Elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Flavin mononukleotid	Riboflavin (B₂)	Nema	Elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Flavin adenin dinukleotid	Riboflavin (B₂)	ADP	Elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Koenzime F420	Riboflavin (B₂)	Aminokiseline	Elektroni	Metanogeni i neke bakterije

Nevitamini

Kofaktor	Transferirana hemijska grupa	Rasprostranjenje
Adenozin trifosfat	Fosfatena grupa	Bakterije, archaea i eukarioti
S-Adenozil metionin	Metil grupa	Bakterije, archaea ieukarioti
Koenzim B	Elektroni	Metanogeni
Koenzim M ^[18]	Metil grupa	Metanogeni
Koenzim Q	Elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Citidin trifosfat	Diacilgliceroli i glavne lipidne grupe	Bakterije, archaea i eukarioti
Glutation	Elektroni	Neke bakterije i većina eukariota
Hem	Elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Lipoamid	Elektroni, Acil grupe	Bakterije, archaea i eukarioti
Metanofuran	Formil grupa	Metanogeni
Molibdopterin ^[19]	Kisikovi atomi	Bakterije, archaea i eukarioti
Nukleotidni šećeri	Monosaharidi	Bakterije, archaea i eukarioti
3'-Fosfoadenozin-5'-fosfosulfat	Sulfatna grupa	Bakterije, archaea i eukarioti
Pirolokvinolin kvinon	Elektroni	Bakterije
Tetrahidrobiopterin ^[20]	Kisikov atom i elektroni	Bakterije, archaea i eukarioti
Tetrahidrometanopterin	Metil grupa	Metanogeni

Također pogledajte

Reference

^ Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.
^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
^ Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.
^ Laidler K. J. (1978): Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings, Menlo Park, ISBN 0-8053-5680-0.
^ Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.
^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.
^ Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ Bryce C. F. A. (1979): SAM – semantics and misunderstandings. Trends Biochem. Sci., 4 (3): N62.
^ http://jn.nutrition.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10736319.
^ http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10781068 |doi=10.1073/pnas.090091397 |pmc=18283.
^ Meyer J. (2008): Iron-sulfur protein folds, iron-sulfur chemistry, and evolution. J. Biol. Inorg. Chem., 13 (2): 157–170.
^ Palmer T. (19819: Understanding enzymes. Horwood, New York, ISBN 0-85312-307-1.
^ Cox M., Lehninger A. L., Nelson D. R. (2000): Lehninger principles of biochemistry, 3rd Ed. Worth Publishers, New York, ISBN 1-57259-153-6.
^ Farrell S. O., Campbell M. K. (2009): Biochemistry. Brooks Cole, Pacific Grove, ISBN 0-495-39041-0.
^ http://www.jbc.org/cgi/reprint/263/17/7913 Arhivirano 16. 12. 2008. na Wayback Machine.
^ http://www.jbc.org/cgi/reprint/249/15/4879 Arhivirano 25. 5. 2009. na Wayback Machine.
^ http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/53/375/1689 |doi=10.1093/jxb/erf038.
^ http://www.biochemj.org/bj/347/0001/bj3470001.htm.

Vanjski linkovi

http://www.bio.mtu.edu/%7Ehlyoungs/BL4010/cofactors.ppt Arhivirano 5. 10. 2016. na Wayback Machine
Enzyme cofactors na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CoFactor/

Portal Hemija

[1] Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.

[2] Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.

[3] Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.

[4] Laidler K. J. (1978): Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings, Menlo Park, ISBN 0-8053-5680-0.

[5] Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[6] Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.

[7] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[8] Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.

[9] Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[10] Bryce C. F. A. (1979): SAM – semantics and misunderstandings. Trends Biochem. Sci., 4 (3): N62.

[11] ttp://jn.nutrition.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10736319.

[12] ttp://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10781068 |doi=10.1073/pnas.090091397 |pmc=18283.

[13] Meyer J. (2008): Iron-sulfur protein folds, iron-sulfur chemistry, and evolution. J. Biol. Inorg. Chem., 13 (2): 157–170.

[14] Palmer T. (19819: Understanding enzymes. Horwood, New York, ISBN 0-85312-307-1.

[15] Cox M., Lehninger A. L., Nelson D. R. (2000): Lehninger principles of biochemistry, 3rd Ed. Worth Publishers, New York, ISBN 1-57259-153-6.

[16] Farrell S. O., Campbell M. K. (2009): Biochemistry. Brooks Cole, Pacific Grove, ISBN 0-495-39041-0.

[17] ttp://www.jbc.org/cgi/reprint/263/17/7913 Arhivirano 16. 12. 2008. na Wayback Machine.

[18] ttp://www.jbc.org/cgi/reprint/249/15/4879 Arhivirano 25. 5. 2009. na Wayback Machine.

[19] ttp://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/53/375/1689 |doi=10.1093/jxb/erf038.

[20] ttp://www.biochemj.org/bj/347/0001/bj3470001.htm.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]