Definicja koenzymu
Koenzym jest organicznym związkiem niebiałkowym, który łączy się z enzymem w celu katalizowania reakcji. Koenzymy są często ogólnie nazywane kofaktorami, ale są one chemicznie różne. Koenzym nie może funkcjonować sam, ale może być użyty wielokrotnie, gdy jest połączony z enzymem.
Funkcje koenzymów
Ezym bez koenzymu nazywany jest apoenzymem. Bez koenzymów lub kofaktorów, enzymy nie mogą skutecznie katalizować reakcji. W rzeczywistości, enzym może w ogóle nie funkcjonować. Jeśli reakcje nie mogą zachodzić w normalnym tempie katalizowanym przez enzym, organizm będzie miał trudności z utrzymaniem życia.
Gdy enzym zyskuje koenzym, staje się holoenzymem lub enzymem aktywnym. Aktywne enzymy zmieniają substraty w produkty, których organizm potrzebuje do wykonywania istotnych funkcji, czy to chemicznych, czy fizjologicznych. Koenzymy, podobnie jak enzymy, mogą być ponownie użyte i przetworzone bez zmiany szybkości reakcji lub jej efektywności. Przyłączają się one do części miejsca aktywnego enzymu, co umożliwia zajście katalizowanej reakcji. Kiedy enzym jest zdenaturowany przez ekstremalną temperaturę lub pH, koenzym nie może już przyłączyć się do miejsca aktywnego.
Typy enzymów
Kofaktory to cząsteczki, które przyłączają się do enzymu podczas reakcji chemicznych. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie związki, które pomagają enzymom są nazywane kofaktorami. Jednakże, kofaktory mogą być podzielone na trzy podgrupy oparte na składzie chemicznym i funkcji:
Koenzymy
Są to wielokrotnego użytku cząsteczki niebiałkowe, które zawierają węgiel (organiczny). Wiążą się one luźno z enzymem w miejscu aktywnym, aby pomóc w katalizowaniu reakcji. Większość z nich to witaminy, pochodne witamin lub powstają z nukleotydów.
Kofaktory
W przeciwieństwie do koenzymów, prawdziwe kofaktory to niebiałkowe cząsteczki wielokrotnego użytku, które nie zawierają węgla (nieorganiczne). Zazwyczaj kofaktory to jony metali, takie jak żelazo, cynk, kobalt i miedź, które luźno wiążą się z miejscem aktywnym enzymu. Muszą być one również uzupełniane w diecie, ponieważ większość organizmów nie syntetyzuje naturalnie jonów metali.
Grupy protetyczne
Mogą to być organiczne witaminy, cukry, lipidy lub nieorganiczne jony metali. Jednakże, w przeciwieństwie do koenzymów lub kofaktorów, grupy te wiążą się bardzo ściśle lub kowalencyjnie z enzymem, aby pomóc w katalizowaniu reakcji. Grupy te są często używane w oddychaniu komórkowym i fotosyntezie.
Przykłady koenzymów
Większość organizmów nie może naturalnie wytwarzać koenzymów w wystarczająco dużych ilościach, aby były skuteczne. Zamiast tego, są one wprowadzane do organizmu na dwa sposoby:
Witaminy
Wiele koenzymów, choć nie wszystkie, to witaminy lub ich pochodne. Jeśli spożycie witamin jest zbyt niskie, organizm nie będzie miał koenzymów potrzebnych do katalizowania reakcji. Witaminy rozpuszczalne w wodzie, do których należą wszystkie witaminy z grupy B oraz witamina C, prowadzą do produkcji koenzymów. Dwa z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych koenzymów pochodzących z witamin to dinukleotyd nikotynamido-adeninowy (NAD) i koenzym A.
NAD pochodzi z witaminy B3 i funkcjonuje jako jeden z najważniejszych koenzymów w komórce, gdy jest przekształcany w swoje dwie alternatywne formy. Kiedy NAD traci elektron, powstaje niskoenergetyczny koenzym zwany NAD+. Kiedy NAD zyskuje elektron, powstaje wysokoenergetyczny koenzym o nazwie NADH.
NAD+ przede wszystkim przenosi elektrony potrzebne do reakcji redoks, zwłaszcza tych, które są zaangażowane w części cyklu kwasu cytrynowego (TAC). W wyniku działania TAC powstają inne koenzymy, takie jak ATP. Jeśli organizm ma niedobór NAD+, wówczas mitochondria stają się mniej funkcjonalne i dostarczają mniej energii dla funkcji komórkowych.
Gdy NAD+ uzyskuje elektrony poprzez reakcję redoks, powstaje NADH. NADH, często nazywany koenzymem 1, ma wiele funkcji. W rzeczywistości jest on uważany za koenzym numer jeden w organizmie człowieka, ponieważ jest niezbędny do tak wielu różnych rzeczy. Koenzym ten przede wszystkim przenosi elektrony do reakcji i wytwarza energię z pożywienia. Na przykład, łańcuch transportu elektronów może rozpocząć się tylko z dostawą elektronów z NADH. Brak NADH powoduje deficyt energii w komórkach, co skutkuje powszechnym zmęczeniem. Dodatkowo, koenzym ten jest uznawany za najpotężniejszy biologiczny przeciwutleniacz chroniący komórki przed szkodliwymi substancjami.
Koenzym A, znany również jako acetylo-CoA, pochodzi naturalnie z witaminy B5. Koenzym ten pełni kilka różnych funkcji. Po pierwsze, jest odpowiedzialny za inicjowanie produkcji kwasów tłuszczowych w komórkach. Kwasy tłuszczowe tworzą dwuwarstwę fosfolipidową, która składa się na błonę komórkową, cechę niezbędną do życia. Koenzym A inicjuje również cykl kwasu cytrynowego, co skutkuje produkcją ATP.
Koenzymy niewitaminowe
Koenzymy niewitaminowe zazwyczaj pomagają w transferze chemicznym dla enzymów. Zapewniają one, że w organizmie zachodzą funkcje fizjologiczne, takie jak krzepnięcie krwi i metabolizm. Koenzymy te mogą być wytwarzane z nukleotydów takich jak adenozyna, uracyl, guanina lub inozyna.
Trójfosforan adenozyny (ATP) jest przykładem niezbędnego koenzymu niewitaminowego. W rzeczywistości jest to najszerzej rozpowszechniony koenzym w organizmie człowieka. Transportuje on substancje i dostarcza energii potrzebnej do niezbędnych reakcji chemicznych i skurczu mięśni. W tym celu ATP przenosi zarówno fosforan, jak i energię do różnych miejsc w komórce. Kiedy fosforan jest usuwany, uwalniana jest również energia. Proces ten jest wynikiem działania łańcucha transportu elektronów. Bez koenzymu ATP, byłoby mało energii dostępnej na poziomie komórkowym i normalne funkcje życiowe nie mogłyby mieć miejsca.
Tutaj znajduje się przykład łańcucha transportu elektronów. Pochodzący z witaminy koenzym NADH rozpoczyna proces poprzez dostarczenie elektronów. Produktem końcowym jest ATP:
- Katalizować – powodować lub przyspieszać reakcję.
- Ekzym – białko, które katalizuje reakcje chemiczne w organizmie.
- Miejsce aktywne – region na enzymie, gdzie substraty wiążą się podczas reakcji.
- Substrat – substancja, na którą enzym działa, aby wytworzyć nowy produkt.
Quiz
1. Dlaczego koenzymy są niezbędne?
A. Katalizują reakcje w organizmie
B. Przyłączają się do enzymu, który katalizuje reakcję
C. Dzięki nim powstają witaminy i nukleotydy
D. Zatrzymują niepotrzebne reakcje
2. Koenzym jest białkiem.
A. Prawda
B. Fałsz
3. Koenzymy mogą być którym z poniższych elementów:
A. Ponownie wykorzystywane i utylizowane w organizmie
B. Używane tylko raz w danej reakcji
C. Jony metali
D. Cząsteczki ściśle związane z enzymem