Guinguette Marais Poitevin

Coenzym Definition

Ein Coenzym ist eine organische Nicht-Protein-Verbindung, die sich mit einem Enzym verbindet, um eine Reaktion zu katalysieren. Coenzyme werden oft pauschal als Kofaktoren bezeichnet, aber sie sind chemisch verschieden. Ein Coenzym kann nicht alleine funktionieren, kann aber mehrfach verwendet werden, wenn es mit einem Enzym gepaart ist.

Funktionen von Coenzymen

Ein Enzym ohne Coenzym wird Apoenzym genannt. Ohne Coenzyme oder Cofaktoren können Enzyme keine Reaktionen effektiv katalysieren. Es kann sogar sein, dass das Enzym überhaupt nicht funktioniert. Wenn Reaktionen nicht mit der normalen katalysierten Rate ablaufen können, hat ein Organismus Schwierigkeiten, Leben zu erhalten.

Wenn ein Enzym ein Coenzym erhält, wird es zu einem Holoenzym oder aktiven Enzym. Aktive Enzyme wandeln Substrate in die Produkte um, die ein Organismus benötigt, um essentielle Funktionen auszuführen, seien es chemische oder physiologische. Coenzyme können wie Enzyme wiederverwendet und recycelt werden, ohne die Reaktionsgeschwindigkeit oder die Effektivität zu verändern. Sie lagern sich an einen Teil der aktiven Stelle eines Enzyms an, was die katalysierte Reaktion ermöglicht. Wenn ein Enzym durch extreme Temperatur oder pH-Wert denaturiert wird, kann sich das Coenzym nicht mehr an die aktive Stelle anlagern.

Typen von Enzymen

Cofaktoren sind Moleküle, die sich bei chemischen Reaktionen an ein Enzym anlagern. Im Allgemeinen werden alle Verbindungen, die Enzymen helfen, als Cofaktoren bezeichnet. Cofaktoren können jedoch in drei Untergruppen unterteilt werden, basierend auf chemischer Zusammensetzung und Funktion:

Coenzyme

Dies sind wiederverwendbare Nicht-Protein-Moleküle, die Kohlenstoff (organisch) enthalten. Sie binden sich lose an ein Enzym an der aktiven Stelle und helfen, Reaktionen zu katalysieren. Die meisten sind Vitamine, Vitamin-Derivate oder bilden sich aus Nukleotiden.

Cofaktoren

Im Gegensatz zu Coenzymen sind echte Cofaktoren wiederverwendbare Nicht-Protein-Moleküle, die keinen Kohlenstoff (anorganisch) enthalten. In der Regel handelt es sich bei Cofaktoren um Metallionen wie Eisen, Zink, Kobalt und Kupfer, die lose an das aktive Zentrum eines Enzyms binden. Auch sie müssen über die Nahrung zugeführt werden, da die meisten Organismen Metallionen nicht natürlich synthetisieren.

Kofaktoren

Diese können organische Vitamine, Zucker, Lipide oder anorganische Metallionen sein. Im Gegensatz zu Coenzymen oder Cofaktoren binden diese Gruppen jedoch sehr fest oder kovalent an ein Enzym, um bei der Katalyse von Reaktionen zu helfen. Diese Gruppen werden häufig bei der Zellatmung und der Photosynthese verwendet.

Beispiele für Coenzyme

Die meisten Organismen können Coenzyme nicht auf natürliche Weise in ausreichenden Mengen herstellen, um effektiv zu sein. Stattdessen werden sie einem Organismus auf zwei Arten zugeführt:

Vitamine

Viele Coenzyme, wenn auch nicht alle, sind Vitamine oder von Vitaminen abgeleitet. Wenn die Vitaminzufuhr zu gering ist, dann hat ein Organismus nicht die Coenzyme, die er zur Katalyse von Reaktionen benötigt. Wasserlösliche Vitamine, zu denen alle Vitamine des B-Komplexes und Vitamin C gehören, führen zur Produktion von Coenzymen. Zwei der wichtigsten und am weitesten verbreiteten vitaminabgeleiteten Coenzyme sind Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD) und Coenzym A.

NAD wird von Vitamin B3 abgeleitet und fungiert als eines der wichtigsten Coenzyme in einer Zelle, wenn es in seine zwei alternativen Formen umgewandelt wird. Wenn NAD ein Elektron verliert, wird das energiearme Coenzym NAD+ gebildet. Wenn NAD ein Elektron gewinnt, wird das energiereiche Coenzym NADH gebildet.

NAD+ überträgt vor allem Elektronen, die für Redoxreaktionen benötigt werden, insbesondere für Teile des Zitronensäurezyklus (TAC). Aus dem TAC entstehen weitere Coenzyme, wie z. B. ATP. Wenn ein Organismus einen NAD+-Mangel hat, dann werden die Mitochondrien weniger funktionsfähig und liefern weniger Energie für die Zellfunktionen.

Wenn NAD+ durch eine Redoxreaktion Elektronen gewinnt, wird NADH gebildet. NADH, oft als Coenzym 1 bezeichnet, hat zahlreiche Funktionen. Tatsächlich gilt es als das Coenzym Nummer 1 im menschlichen Körper, weil es für so viele verschiedene Dinge notwendig ist. Dieses Coenzym trägt vor allem Elektronen für Reaktionen und produziert Energie aus der Nahrung. Zum Beispiel kann die Elektronentransportkette nur mit der Abgabe von Elektronen aus NADH beginnen. Ein Mangel an NADH verursacht Energiedefizite in den Zellen, was zu einer weit verbreiteten Müdigkeit führt. Außerdem gilt dieses Coenzym als das stärkste biologische Antioxidans zum Schutz der Zellen vor schädlichen oder zerstörerischen Substanzen.

Coenzym A, auch Acetyl-CoA genannt, entsteht natürlich aus Vitamin B5. Dieses Coenzym hat mehrere verschiedene Funktionen. Zum einen ist es dafür verantwortlich, die Fettsäureproduktion in den Zellen in Gang zu setzen. Fettsäuren bilden die lebensnotwendige Phospholipid-Doppelschicht, aus der die Zellmembran besteht. Außerdem leitet Coenzym A den Zitronensäurezyklus ein, der zur Produktion von ATP führt.

Nicht-Vitamine

Nicht-Vitamin-Coenzyme helfen typischerweise beim chemischen Transfer für Enzyme. Sie sorgen dafür, dass physiologische Funktionen wie die Blutgerinnung und der Stoffwechsel in einem Organismus ablaufen. Diese Coenzyme können aus Nukleotiden wie Adenosin, Uracil, Guanin oder Inosin hergestellt werden.

Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Beispiel für ein essentielles Nicht-Vitamin-Coenzym. Tatsächlich ist es das am meisten verbreitete Coenzym im menschlichen Körper. Es transportiert Stoffe und liefert Energie, die für notwendige chemische Reaktionen und Muskelkontraktion benötigt wird. Zu diesem Zweck transportiert ATP sowohl ein Phosphat als auch Energie zu verschiedenen Orten innerhalb einer Zelle. Wenn das Phosphat entfernt wird, wird auch die Energie freigesetzt. Dieser Prozess ist das Ergebnis der Elektronentransportkette. Ohne das Coenzym ATP stünde auf zellulärer Ebene wenig Energie zur Verfügung und normale Lebensfunktionen könnten nicht stattfinden.

Hier ein Beispiel für die Elektronentransportkette. Das aus Vitaminen gewonnene Coenzym NADH beginnt den Prozess mit der Abgabe von Elektronen. ATP ist das resultierende Endprodukt:

• Katalysieren – Eine Reaktion hervorrufen oder beschleunigen.
• Enzym – Ein Protein, das chemische Reaktionen innerhalb eines Organismus katalysiert.
• Aktive Stelle – Der Bereich auf einem Enzym, an dem Substrate während einer Reaktion binden.
• Substrat – Die Substanz, auf die ein Enzym einwirkt, um ein neues Produkt herzustellen.

Quiz

1. Warum sind Coenzyme notwendig?
A. Sie katalysieren Reaktionen in einem Organismus
B. Sie hängen an einem Enzym, das eine Reaktion katalysiert
C. Sie stellen Vitamine und Nukleotide her
D. Sie stoppen unnötige Reaktionen

2. Ein Coenzym ist ein Protein.
A. Richtig
B. Falsch

3. Coenzyme können welche der folgenden Dinge sein?
A. Wiederverwendet und recycelt in einem Organismus
B. Nur einmal in einer Reaktion verwendet
C. Metall-Ionen
D. Moleküle, die fest an ein Enzym gebunden sind