Enzym: Nomenklatur, Kemisk Natur og Mekanisme
Enzym: Nomenklatur, Kemisk Natur og Mekanisme!
En af de vigtigste funktioner af proteiner i levende celler er at fungere som enzymer.
Ordet "enzym" blev først introduceret af Kuhne i 1878. Det er afledt af det oprindelige græske ordenzym (Gr. En-in, zyme-suede), hvilket betyder "i gær".
I 1896 lykkedes det Buchner at udvinde et gærcellerholdigt stof fra gærcellerne. Dette stof blev senere kaldt zymase og repræsenterer en del af enzymsystemet involveret i fermentering. I 1926 isolerede professor JB Sumner fra jackbønner, ved hjælp af acetone, enzymet urease i krystallinsk form.
Definition:
Et enzym kan defineres som en kompleks biologisk katalysator, der produceres af en levende organisme i sine celler for at regulere kroppens forskellige fysiologiske processer. Enzymer funktionelle uden for levende celler kaldes eksoenzymer, fx enzymer til stede i fordøjelsessafter, lysozym af tårer. Enzymer, der er funktionelle inden for levende celler, er kendt som endozymer, fx enzymer af Krebs-cyklus, glycolysenzymer osv.
Stoffet, som et enzym virker på, kaldes "substratet" og generelt er enzymet opkaldt efter substratet ved at tilføje suffixet 'ase' til substratets. Således er proteaser f.eks. En gruppe af enzymer, der virker på proteiner, lipaser er en gruppe af enzymer, der virker på lipidstoffer, og maltase er navnet på enzym, der virker på maltose.
Nogle gange angiver navnet på et enzym karakteren af den reaktion, den giver anledning til. For eksempel medfører invertase, der bryder saccharose i glucose og fructose, omvendt (dette er en proces, hvor råmaterialet, der viser en type optisk rotation, giver slutprodukter, der viser den modsatte type optisk rotation).
nomenklatur:
En undersøgelse af enzymnomenklaturen viser, at det i mange tilfælde både er inkonsekvent og vildledende. Der mangler også forekomster, hvor forskellige biokemister gav forskellige navne til det samme enzym. Denne anomali er blevet fjernet af Den Internationale Kommission for Enzymer i sin rapport i 1961.
Kommissionen anerkendte, at hvert enzym skulle bestå af: (1) substratets navn og (2) et ord, der slutter med "ase", der angiver en slags katalytisk reaktion som i succinisk dehydrogenase, pyruvat-transaminase. Denne nomenklatur er præcis og systematisk, men i nogle tilfælde er den lang og tungtvridende. Det er derfor, at de trivielle navne bevares med officiel sanktion, men kun med henvisning til deres systematiske navne.
Det moderne system for enzymklassificering blev indført af International Union of Biochemistry (IUB) i 1961. Det grupperer enzymer i følgende seks kategorier.
1. Oxidoreduktaser:
De deltager i oxidations- og reduktionsreaktioner eller overførsel af elektroner. Oxidoreduktaser er af tre typer-oxidaser, dehydrogenaser og reductaser, fx cytochromoxidase (oxidationscycokrom), succinatdehydrogenase, nitratreduktase.
2. Transferaser:
De overfører en gruppe fra et molekyle til et andet fx glutamat-pyruvat-transaminase (overfører aminogruppen fra glutamat til pyruvat under syntesen af alanin). Den kemiske gruppeoverførsel forekommer ikke i Free State.
3. Hydrolaser:
De bryder op store molekyler i mindre med hjælp af hydrogen- og hydroxylgrupper af vandmolekyler. Fænomenet kaldes hydrolyse. Fordøjelsesenzymer tilhører denne gruppe, fx amylase (hydrolyse af stivelse), sucrase og lactase.
4. Lyaser:
Enzymerne forårsager spaltning, fjernelse af grupper uden hydrolyse, tilsætning af grupper til dobbeltbindinger eller omvendt, fx histidin-decarboxylase (bryder histidin til histamin og CO 2 ), aldolase (fructose-1, 6-diphosphat til dihydroxyacetonphosphat og glyceraldehydphosphat ).
5. Isomeraser:
Enzymerne forårsager omlejring af molekylstruktur for at fremkalde isomere ændringer. De er af tre typer, isomeraser (aldose til ketosegruppe vice versa som glucose 6-phosphat til fructose 6-phosphat), epimeraser (ændring i position af en bestanddel eller carbongruppe som xylulosephosphat til ribulosephosphat) og mutaser (skiftende positionen af sidegruppe som glukoser-phosphat til glucose-1-phosphat).
6. Ligaser:
(Synthetaserne). Enzymerne katalyserer binding af to kemikalier ved hjælp af energi opnået fra ATP, fx phosphenolpyruvat PEP-carboxylase (kombinerer phosphenolpyruvat med kuldioxiddannende oxaloacetat ledsaget af hydrolyse af ATP.)
Det moderne system af enzymnomenklatur indført af International Union of Biochemistry (IUB) forudser en metode til at give fire tal til et givet enzym, det første tal, der angiver hovedklassen, hvori enzymet falder, den anden og tredje indikerer henholdsvis underklasse og underklasser og den fjerde er enzymets serienummer i sin særlige underklasse; de fire tal er adskilt af punkter.
Således gives malic dehydrogenase enzymprovisionsnummeret (Ec. No. 1) 1.1.1.37. Den første 1 indikerer, at enzymet er en oxidoreduktase, den anden 1 indikerer, at enzymet virker på CH-OH-gruppen af donorer, og tredje 1 indikerer, at i den reaktion, som enzymet fremmer, fungerer NAD eller NADP som et acceptormolekyle 37, hvilket Er det sidste nummer i serienummeret givet til dette særlige enzym er gruppen karakteriseret ved egenskaber, som 1.1.1 indikerer.
Kemisk Enzymmetyper:
Alle enzymer er proteinholdige i naturen (Sumner, 1926) med undtagelse af nyligt opdagede RNA enzymer. Nogle enzymer kan desuden indeholde en ikke-proteingruppe.
På basis af forskelle i kemisk natur kan enzymerne beskrives som følger:
(i) enkle enzymer
Nogle enzymer er simple proteiner, dvs. ved hydrolyse giver de kun aminosyrer. Fordøjelsesenzymer såsom pepsin, trypsin og chymotrypsin er af denne art.
(ii) konjugerede enzymer:
Det er et enzym, der er dannet af to dele - en proteindel kaldet apoenzyme (fx flavoprotein) og en ikke-proteindel kaldet cofactor. Det komplette konjugerede enzym, der består af en apoenzyme og en cofaktor, hedder holoenzym.
Der kan kun være en enzymatisk aktivitet, når begge komponenter (apoenzyme og cofactor) er til stede sammen. Kofaktoren er undertiden en simpel divalent metallisk ion (e. £, Ca, Mg, Zn, Co osv.), Og nogle gange en nonprotein organisk forbindelse. Imidlertid kræver nogle enzymer begge slags cofaktorer. Hvis cofaktoren er fast bundet til apoenzymet, kaldes den protese gruppe.
Cytochromer er for eksempel de enzymer, der har porfyriner som deres protese grupper. Hvis i stedet for at være mere eller mindre permanent bundet til apoenzymen, forbinder cofactoren sig med apoenzymet kun på reaktionstidspunktet, kaldes det et coenzym.
(iii) Metallo-enzymer:
Metallkofaktorerne involveret i enzymreaktioner er både monovalente (K + ) og divalente kationer (Mg ++, Mn ++, Cu ++ ). Disse kan løst holdes af enzymet, eller som i nogle tilfælde gå ind i molekylets sammensætning selv. Hvis metallet udgør en del af molekylet, som jern af hæmoglobin eller cytochrom kaldes enzymerne metallo-enzymer.
(iv) isoenzymer (isozymer):
På et tidspunkt blev det antaget, at en organisme kun har et enkelt enzym til et givet trin af en metabolisk reaktion. Det blev senere opdaget, at et substrat kan blive påvirket af en række varianter af et enzym, der producerer det samme produkt.
De multiple molekylære former af et enzym, der forekommer i den samme organisme og har en lignende substrataktivitet, kaldes isoenzymer eller isozymer. Over 100 enzymer er kendt for at have isoenzymer. Således har a-amylase af hvedeendosperme 16 isozymer, mælkehydrogenase har 5 isoenzymer hos mennesker, mens alkoholdehydrogenase har 4 isozymer i majs. Isoenzymer adskiller sig i aktivitetsoptima og inhibering.
Det mest grundigt studerede isozym er mælke dehydrogenase (LDH), der forekommer i fem mulige former i organer fra de fleste hvirveldyr som observeret ved stivelse gelelektroforetisk adskillelse. To grundlæggende forskellige typer LDH forekommer. En type, der hæmmes stærkt af relativt lave koncentrationer af pyruvat, overgår i hjertet og kaldes hjerte LDH.
Den anden type, der er mindre let hæmmet af pyruvat, forekommer i mange skeletmuskler og kaldes således muskel LDH. Hjertet LDH består af 4 identiske underenheder, der kaldes H-underenheder. Muskel LDH består af 4 identiske M-underenheder. De to typer af underenheder H og M har forskellige aminosyresammensætninger, enzymkinetik og immunologiske egenskaber. Disse underenheder i forskellige kombinationer producerer 5 isoenzymer.
De er således nyttige for organismer i tilpasning til forskellige miljøforhold.
Enzyme-mekanisme:
Enzymet fremmer en given reaktion, men det forbliver uændret ved slutningen af reaktionen. I 1913 foreslog Michaelis og Menten at et mellemliggende enzym-substratkompleks blev dannet under den enzymiske aktivitet. Følgende skema kan skrives for at illustrere koncept:
Enzymer er biologiske katalysatorer, der accelererer reaktionshastigheden ved at ændre de kinetiske egenskaber. Således udøver enzymet (E) sin katalytiske rolle på substratet (S) ved at danne et enzym-substratkompleks (ES) ved en reversibel reaktion, hvor K1 er hastighedskonstanten for dannelsen af ES, og K2 er hastigheden konstant for dissociationen af ES til E og S.
Efter dannelsen af ES omdannes substrat (S) til produkterne, hvorved enzym (E) er tilgængeligt til yderligere kombination med mere substrat. Omregningshastigheden af ES til reaktionsprodukterne kan indikeres med den konstante K3.
Hver enzymkatalyseret reaktion har en karakteristisk Km-værdi, som er Michalies-Menten-konstanten, som er et mål for enzymets og substratets tendens til at kombinere med hinanden.
På denne måde er Km-værdien et indeks for enzymets affinitet for dets særlige substrat. Større affiniteten af et enzym til dets substrat, jo lavere er Km-værdien.
Enzymer reducerer aktiveringsenergien:
Aktiveringsenergi er den minimale mængde energi, der kræves af et molekyle til at deltage i en reaktion. Effekten af enzymer er at sænke aktiveringsenergikravene og derved fremme mærkbare reaktionshastigheder ved lavere temperaturer end det ville være muligt ellers.
De katalytiske websteder:
Enzymer er meget større i forhold til substratmolekylerne. I et enzymsubstrat er substratet derfor i kontakt med kun et meget lille område af den enzymiske overflade. Denne del af enzymet omfattende aminosyrerester og peptidbindinger, som er i fysisk kontakt med substratet, men essentielle for katalytisk aktivitet, der er sammensat, udgør et aktivt sted, der i øjeblikket betegnes som det katalytiske sted.
Med undtagelse af det katalytiske sted kan resten af enzymmolekylet være nødvendigt for at opretholde den korrekte tredimensionelle konformation af det katalytiske sted, eller det kan bare være der uden nogen funktionel rolle.
Strukturen af et katalytisk sted er blevet undersøgt i nogle enzymer. Det er enten et spræng på enzymet som i papain og ribonuclease eller en dyb pit som i carbonanhydrase. Uanset hvilken form det katalytiske sted kan være, antages det, at det korrekte substrat binder med det katalytiske sted, der frembringer et substratkatalytisk stedkompleks.
Udtrykket produktiv binding anvendes ofte til dette kompleks. Ved produktiv binding viser både enzymer og substrater konformationsændringer med en reduktion i aktiveringsenergi, således at substratet omdannes til et produkt.
Teorier om enzymaktion:
1. Lås og nøglehypoteser:
Det enzym-substratkompleks, der først blev hypotetiseret af Emil Fischer i omkring 1884, antog en stiv lås-og-nøgleforening mellem de to. Den del af enzymet, hvortil substratet (eller substraterne) kombineres, når det undergår omdannelse til et produkt, kaldes det aktive sted.
Hvis det aktive sted var stift og specifikt for et givet substrat, ville reversibiliteten af reaktionen ikke forekomme, fordi produktets struktur er forskellig fra substratets og ikke passer godt.
2. Induced-Fit Theory:
I modsætning til et rigeligt arrangeret aktivt sted af Fischer fandt Daniel E. Koshland (1973) bevis for, at det aktive sted af enzymer kan induceres ved nærliggende substrat (eller produkt) at undergå en ændring i konformation, der muliggør en bedre kombination mellem de to.
Denne ide er nu bredt kendt som induced-fit teorien og er illustreret nedenfor. Tilsyneladende ændres strukturen af substratet også under mange tilfælde af induceret pasform, hvilket således tillader et mere funktionelt enzym-substratkompleks.
Egenskaber for enzymer:
1. En enzymets katalytiske karakter er allerede blevet diskuteret i detaljer tidligere.
2. Omvendelighed:
Teoretisk er alle enzymstyrede reaktioner reversible. Omvendelighed er imidlertid afhængig af energibehov, tilgængelighed af reaktant, koncentration af slutprodukter og pH. Hvis kemiske potentiale af reaktanter er meget høje sammenlignet med produkterne, kan reaktionen kun gå videre til produktdannelse på grund af den kemiske lov ved massearbejde. De fleste decarboxylerings- og hydrolytiske reaktioner er irreversible.
Det samme enzym letter fremadrettet og baglæns bevægelse af en reaktion, hvis det kun er muligt termodynamisk. Et overbevisende eksempel ses i vejrtrækningen og fotosyntese. Enzymerne af glycolyse og pentosephosphatvej adellerer glukose. Nogle af disse enzymer arbejder i omvendt retning i fotosyntese og opbygger glukose fra kuldioxid og vand.
3. Varmefølsomhed:
Alle enzymer er varmefølsomme eller termolabile. De fleste enzymer fungerer optimalt mellem 25 og 35 ° C. De bliver inaktive ved frysende temperaturer og denatureres ved 50 ° -55 ° C. Men termiske alger og bakterier er en undtagelse. Deres enzymer forbliver funktionelle selv ved 80 ° C. Enzymer af frø og sporer bliver heller ikke denatureret ved 60-70 ° C.
4. pH-følsom:
Hvert enzym virker ved en bestemt pH, fx pepsin (2 pH), sucrase (4-5 pH), trypsin (8, 5 pH). En ændring af pH gør enzymerne ineffektive.
5. Specifikke foranstaltninger:
Enzymer viser specificitet over for de substrater, som de udøver deres katalytiske rolle på. Denne unikke egenskab af enzymerne bestemmes af: (1) strukturstrukturen af substratmolekylet, (2) konformationen af enzymet og (3) de aktive eller katalytiske steder på enzymet. Substratspecifikiteten af enzymer er af to slags: gruppespecificitet og stereospecificitet.
Enzymer viser normalt gruppespecifikitet, dvs. de angriber kun en gruppe kemisk beslægtede forbindelser. Gruppespecificiteten kan være en relativ gruppespecificitet, i hvilket tilfælde enzymet virker på et antal homologe substrater.
Således overfører hexokinase phosphatgruppe fra ATP til mindst 23 hexoser eller deres derivater som glucose, mannose, fructose og glucosamin. Nogle af de gruppespecifikke enzymer udviser en absolut gruppespecificitet, hvilket betyder, at enzymet kun virker på en enkelt forbindelse og ikke dens homologer. Mannose, glucokinase og fructokinase er involveret i phosphoryleringer af henholdsvis hexoserne, mannosen, glucose og fructose.
Enzymer viser også stereospecifikitet mod substratet, og det udstilles med både optiske og geometriske isomerer.
(i) Hvis enzymet viser optisk specificitet, virker den på enten dextro (D) eller laevo (L) isomeren af forbindelserne. Dermed oxiderer D. aminoacidoxidase kun D. aminosyrer og L. aminosyre oxidaser reagerer kun med L. aminosyrer.
(ii) Den geometriske specificitet udstilles over for cis- og trans-isomererne. Fumarsyre og æblesyre er to geometriske isomerer. Fumarsyrehydratase virker kun på trans-isomeren fumarsyre, men ikke på cis-isomer æblesyren.
6. Enzyminhibering:
Stoffer eller forbindelser, som formindsker hastigheden af en enzymkatalyseret reaktion, er kendt som inhibitorer, og fænomenet er beskrevet som enzyminhibering. Der er tre typer hæmninger.
(i) Konkurrencedygtig hæmning:
Når en forbindelse konkurrerer med et substrat for det aktive sted på enzymproteinet og derved reducerer den enzymatiske katalytiske aktivitet, anses forbindelsen for at være en konkurrencedygtig inhibitor. Inhibering af sådanne strukturelle analoger (kaldet antimetabolitter), som reverseres ved simpelthen at tilføje mere substrat til reaktionsblandingen, er kendt som konkurrencehæmning.
Eksempelvis oxiderer succinathydrogenase let bindevandsyre til fumarsyre. Hvis der tilsættes stigende koncentrationer af malonsyre, der ligner bärnstenssyre i strukturen tæt, falder stærkt den succiniske dehydrogenaseaktivitet.
Inhiberingen kan nu omdannes ved at øge koncentrationen af substratbukkensyre igen. Mængden af inhibering i denne type inhibering er relateret til (i) inhibitorkoncentration, (ii) substratkoncentration og relative affiniteter af inhibitor og substrat. Den hæmmende virkning er reversibel.
Hvorvidt en hæmmer er konkurrencedygtig eller ej, kan man finde ud af ved at konstruere Lineiveaver-Burk Plot. Konkurrencedygtige hæmmere ændrer enzymets enzymkvalitet, fordi de optager de aktive steder. De ændrer imidlertid ikke V max eller maksimal hastighed af reaktionen.
ii) Ikke-konkurrencedygtig hæmning:
Den type hæmning, som ikke kan reverseres ved at øge substratkoncentrationen, kaldes ikke-konkurrencepræget inhibering. Inhibitoren kombinerer ret stærkt med et sted på enzymet bortset fra det aktive sted, og denne virkning overvindes ikke blot ved at hæve substratkoncentrationen.
Mængden af inhibering i denne type inhibering er relateret til (a) inhibitorkoncentration og (b) inhibitoraffinitet for enzymet. Substratkoncentrationen har ingen effekt på dette system, og ikke-konkurrencedygtige inhibitorer ændrer Vmax og ikke enzymets Km.
Cyanid, azid og tungmetal som sølv, kviksølv, bly osv. Er nogle eksempler på ikke-konkurrencedygtige hæmmere, der kombinerer med eller ødelægger essentielle sulfhydrylgrupper eller metalkomponenterne i enzymerne.
(iii) Feedback (slutprodukt) hæmning:
Når slutproduktet af en reaktion tjener til at forhindre dannelsen af en af sine egne precursorer ved at hæmme virkningen af enzymet, som katalyserer selve reaktionen, kaldes inhiberingen tilbagekoblingsinhibering.
Inhiberingen af omdannelsen af A til B med X ville være en sådan inhibering. Her tjener X, det ultimative produkt af reaktionen, at forhindre dannelsen af en af sine egne precursorer (B) ved at inhibere virkningen af enzym a ', som katalyserer forandringen fra A til B.
I dette tilfælde kan enzym 'a' kaldes pacemakeren, da hele sekvensen er effektivt reguleret af den. Et egentligt eksempel er dannelsen af cytidintriphosphat (CTP) fra asparaginsyre og carbamylphosphat i E. coli.
Når en kritisk koncentration af CTP er opbygget, nedsætter triphosphatet sin egen formation ved at hæmme enzymet, aspartat-transcarbamylase (ATCase), som katalyserer pacemakertrinnet i sin egen syntese. Når koncentrationen af triphosphat sænkes tilstrækkeligt ved metabolisk udnyttelse, frigives inhibering, og dens syntese fornyes.
Faktorer der påvirker enzymaktivitet og enzymkinetik:
1. Enzymkoncentration:
Hastigheden af en biokemisk reaktion stiger med stigningen i enzymkoncentrationen op til et punkt kaldet begrænsende eller mættet punkt. Ud over dette har stigningen i enzymkoncentrationen lille effekt.
2. Substratkoncentration:
Den første tilfredsstillende matematiske analyse af virkningen af substratkoncentration på reaktionshastigheden af enzymkatalyseret reaktion blev lavet af Michaelis og Menten (1913). Ved fast enzymkoncentration vil en forøgelse af substratet først resultere i en meget hurtig stigning i hastigheden eller reaktionshastigheden.
Da substratkoncentrationen fortsætter med at stige, begynder stigningen i reaktionshastigheden imidlertid at falde til, indtil der ved en stor substratkoncentration ikke observeres nogen yderligere ændring i hastigheden. Hastigheden af reaktionen opnået ved denne høje substratkoncentration defineres som den maksimale hastighed (Vm) af den enzymkatalyserede reaktion under de angivne betingelser, og den initiale reaktionshastighed opnået med substratkoncentrationer under mætningsniveauet hedder V.
Substratkoncentrationen, der kræves for at give halvdelen af den maksimale hastighed (Vm / 2), kan let bestemmes ud fra ovenstående figur og er en vigtig konstant i enzymkinetikken. Det definerer Michaelis konstant eller K m . Med andre ord defineres K som substratkoncentrationen, når V = ½ V m. Under nøje definerede betingelser for temperatur, pH og ionstyrke af bufferen, nærmer denne konstante K m dissociationskonstanten af et enzym-substratkompleks. Den gensidige af K m eller 1 / K m, nærmer sig affiniteten af et enzym for dets substrat.
Kinetik af enzymaktion:
Michaelis konstante K er af stor betydning, da det tilvejebringer virkningsmåden af et enzym, der katalyserer en reaktion. Det skal bemærkes, at ved lav substratkoncentration er forholdet mellem hastighed og substrat næsten linjært og adlyder førsteordens kinetik, dvs. reaktionshastigheden A-> B er direkte proportional med substratkoncentrationen [A].
V = K '[A] lavt [substrat]
Hvor V er den observerede hastighed af reaktionen ved koncentration [A] og K 'er den specifikke hastighedskonstant. Ved høj substratkoncentration er reaktionshastigheden dog maksimal og er uafhængig af substratet [A]; dermed følger den nul-ordens kinetik.
V m = K 'Mættende [Substrate]
Michaelis-Menten ligningen, der beskriver dette forhold og også tilfredsstillende forklarer kurve, er som følger:
V = Vm [S] / K m + [S]
Hvor V = indledende reaktionshastighed ved given substratkoncentration [S]
Km = Michaelis konstant, mol / liter.
V m = Maksimal hastighed ved mættede substratkoncentrationer
[S] = Substratkoncentration i mol / liter
Bestemmelse af Km af en enzymreaktion ved Michaelis-Menten ligning er i praksis vanskelig. Et resultat af denne ligning kaldet Line-Weaver-Burk-plot bruges ofte til en sådan bestemmelse.
1. Temperatur:
Et enzym er aktivt inden for et snævert temperaturområde. Den temperatur, hvor et enzym viser sin højeste aktivitet kaldes optimal temperatur. Enzymaktiviteten falder over og under denne temperatur. Som katalysator viser de en øget reaktivitet med temperatur, men deres proteinholdige natur gør dem modtagelige for termisk denaturering over den optimale temperatur.
2. pH:
Den pH, ved hvilken den maksimale enzymaktivitet forekommer, varierer betydeligt fra et enzym til et andet. Dette er kendt som pH-optimum. Enhver mindre skift i begge retninger har en tendens til at reducere enzymaktiviteten betydeligt. Da enzymer er proteiner påvirker pH-ændringer normalt aminogruppens og carboxylsyregruppernes ioniske karakter på proteinoverfladen og påvirker derfor markant det katalytiske karakter af et enzym.
3. Hydrering:
Enzym fungerer maksimalt under substratets forbedrede kinetiske aktivitet, da den kontinuerlige fase er højere. Derfor registrerer frøene, der har lavt vandindhold, en minimal enzymaktivitet, selvom substraterne er overflødige i dem. Ved spiring stiger imidlertid den enzymiske aktivitet kraftigt, og dette skyldes absorptionen af vand og deraf følgende fremme af kinetisk aktivitet af substratmolekyler.
coenzymer:
I cellulær fysiologi afsluttes mange enzymatiske reaktioner i nærværelse af coenzymer. Disse er forbindelser, der fungerer som enzymerne, dvs. de fremskynder de biologiske reaktioner, men de er ikke proteiner som de sande enzymer.
Definition:
Et coenzym kan defineres som en bestemt slags cofaktor, dvs. en ikke-proteinorganisk forbindelse eller et bærermolekyle, der virker i forbindelse med et bestemt enzym.
Hvis cofaktoren er fast bundet til apoenzymet, kaldes det en protesgruppe; og hvis den organiske cofaktor i stedet for at være mere eller mindre permanent bundet til apoenzymet kun ved enzymproteinet på reaktionstidspunktet hedder det et coenzym.
I cellulære processer fjernes nogle gange hydrogenatomer eller elektroner fra en forbindelse og overføres til en anden. I alle sådanne tilfælde katalyserer et specifikt enzym fjernelsen, men et specifikt coenzym skal også være til stede for at udføre overførslen. Coenzymet forbinder midlertidigt til eller accepterer den fjernede gruppe af atomer og kan efterfølgende overdele dem til en anden acceptorforbindelse.
Kemisk type koenzym:
Størstedelen af coenzymer er kemiske derivater af nucleotiderne. Mere specifikt er i de fleste koenzymer nitrogenbio-delen af nukleotiderne substitueret med en anden kemisk enhed. Denne enhed selv er normalt et derivat af et bestemt vitamin. Følgende coenzymer er vigtige i cellulær fysiologi.
(i) Flavin-derivater eller Flavin-nukleotider (FMN og FAD)
(ii) Pyridinderivater eller Pyridin-nukleotider (NAD og NADP).
(iii) coenzym A
(iv) coenzym Q
(iv) cytochromer
(vi) thiaminpyrophosphat
Her beskrives kun to coenzymer.
1. Flavin-nukleotider eller flavoproteiner:
En stor gruppe af respiratoriske enzymer bruger som deres cofaktor en af de to derivater af riboflavin (vitamin B 2 ). De er flavin mononukleotid (FMN) og flavin adenin nukleotid (FAD).
Struktur:
Riboflavin er en forbindelse bestående af et ribose-protein og en flavin-del, sidstnævnte er en kompleks tredobbelt ringstruktur. I celler er en phosphatgruppe bundet til riboflavin resulterende i et nukleotidlignende kompleks kendt som flavinmononukleotid (FMN) eller riboflavinmonophosphat. Hvis FMN slutter sig til AMP, dannes et dinucleotid kendt som flavin adenintynukleotid (FAD).
Funktioner:
Kombinationen af enten FMN eller FAD med et apoenzyme hedder flavoprotein (FP). Flavoproteiner katalyserede fjernelsen af hydridion (H-) og hydrozenion (H + ) fra en metabolit. I disse coenzymer er det flavindelen af molekylet, der tilvejebringer det specifikke sted til midlertidig binding af hydrogen.
FMN + MH 2 ---> FADH 2 + M
FMN + MH 2 ---> FMNH 2 + M
I denne reaktion repræsenterer MH et substrat, FADH er den reducerede form af FAD, og FMNH2 er den reducerede form af FMN. En vigtig kilde til hydrogen til denne reaktion er det reducerede pyridinnukleotid.
H + + NADH + FAD ---> NAD + + FADH 2
I alle tilfælde overføres reducerede flavoproteiner deres elektroner til cytokromerne.
2. Coenzym Q:
Dette enzym er en kinon, kendt som ubiquinon, og findes hovedsageligt i mitokondrier, men også i mikrosom og cellekerner mv.
Struktur:
Coenzym Q eller ubiquinon består af en quinon med en sidekæde, hvis længde varierer med kilden til mitokondrier. I de fleste dyrevæv besidder quinonen 10 isoprenosid-enheder i sin sidekæde og kaldes coenzym Q10.
Fungere:
Koenzymet Q er en nødvendig komponent af elektrontransportkæden i mitokondrier. Det tjener som en yderligere brintbærer mellem flavin-coenzymerne (FAD og FMN) og cytokromerne.
Q + FADH 2 ---> QH 2 + FAD
Reduceret (QH 2 ) overfører sine elektroner til cytochrom b i mitokondrierne.
