„Cofaktor (Biochemie)“ – Versionsunterschied

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Zusammenfassung der Artikel Coenzym, Metalloenzyme und Prosthetische Gruppe, siehe dazu Diskussion:Coenzym#Lemma
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Version vom 22. Januar 2012, 11:03 Uhr

Cofaktor (auch Kofaktor) ist ein Überbegriff für verschiedene Moleküle und Molekülgruppen, die für die Funktion von Enzymen unerlässlich sind.[1] Unter den Begriff fallen:

  • Prosthetische Gruppe: Eine prosthetische Gruppe ist ein organisches Molekül, dass kovalent an ein Enzym gebunden ist, es kann also nicht dissoziieren.
  • Coenzym (auch: Koenzym oder Cosubstrat): Ein Coenzym ist ein niedermolekulares organisches Molekül, dass non-kovalent an das Enzym bindet und daher nach der Katalyse wieder dissoziiert. Es nimmt während der Reaktion chemische Gruppen, Protonen, Elektronen oder Energie (im Fall von ATP) auf bzw. gibt sie ab.[2] Es geht also – wie die prosthetische Gruppe – verändert aus der Reaktion hervor[3] und muss daher neu aufgebaut werden, jedoch nicht am Enzym.
  • Metallionen: Auch Metallionen können an ein Enzym gebunden und für dessen Katalyse erforderlich sein. Derartige Enzyme werden Metalloenzyme genannt.

Es handelt sich bei Cofaktoren immer um Nicht-Protein-Stoffe, Proteine gehören explizit nicht dazu. Cofaktoren sind also nicht aus Aminosäuren aufgebaut. Ebenso werden Verbindungen, die ubiquitär vorhanden sind (insbesondere Wasser), wenngleich sie häufig an Reaktionen beteiligt sind, nicht zu den Cofaktoren (und auch nicht zu den Substraten) gerechnet.

Ein Komplex, bei dem ein Enzym an einen Cofaktor gebunden ist, wird Holoenzym genannt. Das eigentliche Enzym, also der Proteinanteil, eines Holoenzyms nennt man Apoenzym.

Prosthetische Gruppe

Arbeitsweise eines Enzyms mit prosthetischer Gruppe

Als prosthetische Gruppe (Kunstwort nach altgriechisch προστίθημι ‚voranstehen‘) bezeichnet man an ein Protein fest (meist kovalent) gebundene Nicht-Protein-Komponenten mit katalytischer Wirkung. Da es oft verändert aus der Katalyse hervorgeht, muss es am Enzym regeneriert werden.

Beispiele

Coenzym

Arbeitsweise eines Coenzyms

Ein Coenzym ist ein niedermolekulares organisches Molekül, dass non-kovalent an das Enzym bindet und daher nach der Katalyse wieder dissoziiert. Es nimmt während der Reaktion funktionelle Gruppen, Protonen, Elektronen oder Energie (im Fall von ATP) auf bzw. gibt sie ab (siehe auch Donator-Akzeptor-Prinzip). Es geht also – wie die prosthetische Gruppe – verändert aus der Reaktion hervor und muss daher neu aufgebaut werden. Dies unterscheidet das Coenzym zum Beispiel auch von allosterischen Effektoren. Typischer Weise geschieht seine Regeneration in einer nachgeschalteten Reaktion. Da sich das Coenzym eher wie ein Substrat als wie ein Enzym verhält wird es oft treffender auch als Cosubstrat (bzw. Kosubstrat) bezeichnet. Einige Coenzyme sind Derivate von Vitaminen.

Beispiele

Pyridoxalphosphat

Ein Koenzym ist das Pyridoxalphosphat am aktiven Zentrum von Transaminasen und Decarboxylasen. Im ersten Schritt katalysiert es z. B. die Deaminierung von Aminosäuren zu alpha-Ketosäuren, im zweiten wird die abstrahierte Aminogruppe auf eine andere alpha-Ketosäure übertragen (sog. ping-pong-bi-bi-Mechanismus nach Wallace W. Cleland). Das Pyridoxalphosphat wird in diesem Fall am gleichen Enzym (aus Pyridoxamin) regeneriert, jedoch in zwei Reaktionsschritten. Analoges gilt auch für die Decarboxylierungsreaktion, die eine Hydrolyse des am Enzym gebundenen Intermediats nach sich zieht.

Coenzym A

Ein weiteres Beispiel ist Coenzym A, das in freier bzw. acetylierter Form an verschiedenen Stellen des Zitronensäure-Zyklus sowie am Fettsäurestoffwechsel beteiligt ist. Ebenso im Zitronensäure-Zyklus, aber auch in der Glykolyse dienen die Koenzyme FAD, NAD vor allem als Elektronen- und Protonenakzeptoren oder -donatoren und sorgen somit für den Transport dieser von einem Edukt zum anderen. Andere Koenzyme wie ATP übertragen ganze Gruppen, z.B. Phosphatreste.

Ubichinon

Ein anderes Beispiel ist der Elektronencarrier Ubichinon (Coenzym Q). Aufnahme und Abgabe von Elektronen und Protonen erfolgt in der Atmungskette der Mitochondrien an verschiedenen Proteinkomplexen.

Weitere Coenzyme
Stoffname Coenzymbezeichnung Derivat von Funktionstyp
ATP – – liefert durch Abspaltung eines Phosphats die Aktivierungsenergie
überträgt Phosphat an das Substrat (Phosphatdonator)
ADP – – nimmt Phosphat vom Substrat entgegen (Phosphatakzeptor)
NAD+ Coenzym I – Elektronen- und Protonenakzeptor, Oxidationsmittel
NADP+ Coenzym II – Elektronen- und Protonenakzeptor, Oxidationsmittel
FAD – Vitamin B2 Elektronen- und Protonenakzeptor, Oxidationsmittel
NADH Coenzym I – Elektronen- und Protonendonator, Reduktionsmittel
NADPH Coenzym II – Elektronen- und Protonendonator, Reduktionsmittel
FADH2 – – Elektronen- und Protonendonator, Reduktionsmittel
Ascorbinsäure – Vitamin C Reduktionsmittel
Cobalamine Coenzym B12 Vitamin B12
Tetrahydrofolsäure Coenzym F Vitamin B9 Methylgruppendonator
Ubichinon-10 Coenzym Q10 –

Komplette Liste der von der Enzymkommission der International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) anerkannten Koenzyme/Kofaktoren siehe in der Kategorie:Koenzym/Kofaktor.

Metallionen

Metalloenzym ist der Name für Enzyme, die Metallionen enthalten. Metalle können zur Stabilisierung der Enzymstruktur beitragen, dienen aber auch als aktives Zentrum bei einer katalytischen Reaktion. Man kann einige Gruppen von Metalle zusammenfassen, bei denen die Anwesenheit auf eine bestimmte Funktion schließen lässt. Das bedeutet also, dass Metalloenzyme Homologe in anderen Spezies mit verändertem oder im Extremfall auch fehlendem Metallion eine analoge Funktion ausüben. Grund ist häufig die unterschiedliche Verfügbarkeit der jeweiligen Metalle im Lebensraum der Organismen oder eine unterschiedliche evolutionäre Entwicklung, die zu ähnlichen Funktionen geführt hat. Ein extremes Beispiel ist das Bakterium Borrelia burgdorferi, das völlig ohne Eisen auskommt und stattdessen Mangan als Kofaktor im Stoffwechsel verwendet, beides Metalle, die eine sehr ähnliche chemische und strukturelle Chemie besitzen.[4]. Ein weiteres Beispiel ist der Ersatz von Eisen-Proteinen durch Kupfer-Proteinen bei der Sauerstoffaktivierung. Die Anwesenheit eines Zink-Kations deutet häufig auf dessen Funktion als Lewis-Säure hin, z.B. in Peptidasen oder im sog. "Zink-Finger". Die Tatsache der Anwesenheit des Metallions ist daher für die Enzymfunktion oft entscheidend.

Beispiele

Erdalkalimetalle wie Calcium und Magnesium, teilweise aber auch Zink, sind oft für die Struktur und die Faltung von Proteinen verantwortlich, ohne katalytisch zu wirken. Diese Proteine heißen Metalloproteine.

Siehe auch

Quellen

Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag im IUPAC Compendium of Chemical Terminology
  2. ↑ Eintrag im IUPAC Compendium of Chemical Terminology
  3. ↑ Georg Löffler, Petro E. Petrides und Peter C. Heinrich; Biochemie und Pathobiochemie, 8. Auflage
  4. ↑ Posey JE, Gherardini FC: Lack of a role for iron in the Lyme disease pathogen. In: Science. 288. Jahrgang, Nr. 5471, Juni 2000, S. 1651–3, PMID 10834845.
  5. ↑ PMID 16989860
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