Definizione di coenzima
Un coenzima è un composto organico non proteico che si lega ad un enzima per catalizzare una reazione. I coenzimi sono spesso chiamati genericamente cofattori, ma sono chimicamente diversi. Un coenzima non può funzionare da solo, ma può essere riutilizzato più volte quando è accoppiato con un enzima.
Funzioni dei coenzimi
Un enzima senza un coenzima è chiamato un apoenzima. Senza coenzimi o cofattori, gli enzimi non possono catalizzare efficacemente le reazioni. Infatti, l’enzima può non funzionare affatto. Se le reazioni non possono avvenire alla normale velocità di catalizzazione, allora un organismo avrà difficoltà a sostenere la vita.
Quando un enzima ottiene un coenzima, diventa un oloenzima, o enzima attivo. Gli enzimi attivi trasformano i substrati nei prodotti di cui un organismo ha bisogno per svolgere funzioni essenziali, sia chimiche che fisiologiche. I coenzimi, come gli enzimi, possono essere riutilizzati e riciclati senza cambiare il tasso di reazione o l’efficacia. Si attaccano a una porzione del sito attivo di un enzima, che permette alla reazione catalizzata di avvenire. Quando un enzima viene denaturato da temperature o pH estremi, il coenzima non può più attaccarsi al sito attivo.
Tipi di enzimi
I cofattori sono molecole che si attaccano a un enzima durante le reazioni chimiche. In generale, tutti i composti che aiutano gli enzimi sono chiamati cofattori. Tuttavia, i cofattori possono essere suddivisi in tre sottogruppi basati sulla composizione chimica e sulla funzione:
Coenzimi
Sono molecole riutilizzabili non proteiche che contengono carbonio (organico). Si legano liberamente a un enzima nel sito attivo per aiutare a catalizzare le reazioni. La maggior parte sono vitamine, derivati di vitamine, o formate da nucleotidi.
Cofattori
A differenza dei coenzimi, i veri cofattori sono molecole non proteiche riutilizzabili che non contengono carbonio (inorganiche). Di solito, i cofattori sono ioni metallici come ferro, zinco, cobalto e rame che si legano liberamente al sito attivo di un enzima. Devono anche essere integrati nella dieta, poiché la maggior parte degli organismi non sintetizza naturalmente gli ioni metallici.
Gruppi prostetici
Questi possono essere vitamine organiche, zuccheri, lipidi, o ioni metallici inorganici. Tuttavia, a differenza dei coenzimi o dei cofattori, questi gruppi si legano molto strettamente o covalentemente a un enzima per aiutare a catalizzare le reazioni. Questi gruppi sono spesso usati nella respirazione cellulare e nella fotosintesi.
Esempi di coenzimi
La maggior parte degli organismi non può produrre naturalmente coenzimi in quantità sufficienti per essere efficaci. Invece, vengono introdotti in un organismo in due modi:
Vitamine
Molti coenzimi, anche se non tutti, sono vitamine o derivati dalle vitamine. Se l’apporto di vitamine è troppo basso, un organismo non avrà i coenzimi necessari per catalizzare le reazioni. Le vitamine idrosolubili, che comprendono tutte le vitamine del complesso B e la vitamina C, portano alla produzione di coenzimi. Due dei più importanti e diffusi coenzimi derivati dalle vitamine sono il nicotinamide adenina dinucleotide (NAD) e il coenzima A.
Il NAD deriva dalla vitamina B3 e funziona come uno dei coenzimi più importanti in una cellula quando si trasforma nelle sue due forme alternative. Quando il NAD perde un elettrone, si forma il coenzima a bassa energia chiamato NAD+. Quando il NAD guadagna un elettrone, si forma un coenzima ad alta energia chiamato NADH.
NAD+ trasferisce principalmente gli elettroni necessari per le reazioni redox, specialmente quelle coinvolte in parti del ciclo dell’acido citrico (TAC). La TAC produce altri coenzimi, come l’ATP. Se un organismo ha una carenza di NAD+, i mitocondri diventano meno funzionali e forniscono meno energia per le funzioni cellulari.
Quando il NAD+ guadagna elettroni attraverso una reazione redox, si forma NADH. Il NADH, spesso chiamato coenzima 1, ha numerose funzioni. Infatti, è considerato il coenzima numero uno nel corpo umano perché è necessario per così tante cose diverse. Questo coenzima trasporta principalmente gli elettroni per le reazioni e produce energia dal cibo. Per esempio, la catena di trasporto degli elettroni può iniziare solo con la consegna di elettroni dal NADH. Una mancanza di NADH causa deficit di energia nelle cellule, con conseguente stanchezza diffusa. Inoltre, questo coenzima è riconosciuto come il più potente antiossidante biologico per proteggere le cellule da sostanze nocive o dannose.
Il coenzima A, noto anche come acetil-CoA, deriva naturalmente dalla vitamina B5. Questo coenzima ha diverse funzioni. In primo luogo, è responsabile dell’avvio della produzione di acidi grassi all’interno delle cellule. Gli acidi grassi formano il bilayer fosfolipidico che comprende la membrana cellulare, una caratteristica necessaria per la vita. Il coenzima A avvia anche il ciclo dell’acido citrico, con conseguente produzione di ATP.
Non vitamine
I coenzimi non vitaminici aiutano tipicamente il trasferimento chimico degli enzimi. Assicurano funzioni fisiologiche, come la coagulazione del sangue e il metabolismo, in un organismo. Questi coenzimi possono essere prodotti da nucleotidi come l’adenosina, l’uracile, la guanina o l’inosina.
L’adenosina trifosfato (ATP) è un esempio di coenzima essenziale non vitaminico. Infatti, è il coenzima più distribuito nel corpo umano. Trasporta sostanze e fornisce l’energia necessaria per le reazioni chimiche necessarie e la contrazione muscolare. Per fare questo, l’ATP trasporta sia un fosfato che l’energia in vari punti della cellula. Quando il fosfato viene rimosso, anche l’energia viene rilasciata. Questo processo è il risultato della catena di trasporto degli elettroni. Senza il coenzima ATP, ci sarebbe poca energia disponibile a livello cellulare e le normali funzioni vitali non potrebbero verificarsi.
Ecco un esempio della catena di trasporto degli elettroni. Il coenzima NADH, derivato dalla vitamina, inizia il processo consegnando gli elettroni. L’ATP è il prodotto finale risultante:
- Catalizzare – Per causare o accelerare una reazione.
- Enzima – Una proteina che catalizza reazioni chimiche all’interno di un organismo.
- Sito attivo – La regione di un enzima dove i substrati si legano durante una reazione.
- Substrato – La sostanza su cui un enzima agisce per fare un nuovo prodotto.
Quiz
1. Perché sono necessari i coenzimi? Catalizzano le reazioni in un organismo
B. Si attaccano ad un enzima che catalizza una reazione
C. Producono vitamine e nucleotidi
D. Fermano le reazioni inutili
2. Un coenzima è una proteina.
A. Vero
B. Falso
3. I coenzimi possono essere quali dei seguenti? Riutilizzati e riciclati in un organismo
B. Usati solo una volta in una reazione
C. Ioni metallici
D. Molecole strettamente legate ad un enzima