Kofaktor

Rozbalit box

Obsah boxu

Kofaktor je nízkomolekulární, neproteinová chemická sloučenina nebo kovový iont, který je nezbytný pro biologickou aktivitu proteinu, nejčastěji enzymu. Kofaktory lze považovat za "pomocné molekuly", které se účastní katalytických reakcí. Zatímco samotná bílkovinná část enzymu, nazývaná apoenzym, určuje specifičnost reakce (tj. který substrát se bude vázat), kofaktor se často přímo podílí na chemické přeměně. Spojení apoenzymu a kofaktoru tvoří kompletní, funkční enzym, který se označuje jako holoenzym.

Apoenzym (neaktivní) + Kofaktor ↔ Holoenzym (aktivní)

Kofaktory hrají klíčovou roli v tisících biochemických reakcí v živých organismech, od metabolismu živin po replikaci DNA. Mnoho vitamínů a esenciálních minerálů funguje právě jako kofaktory nebo jejich prekurzory.

📜 Klasifikace kofaktorů

Kofaktory se dělí do dvou hlavních skupin na základě jejich chemické povahy: anorganické a organické.

⚛️ Anorganické kofaktory

Tuto skupinu tvoří především ionty kovů. Mohou být vázány na enzym různě silně. Často fungují jako Lewisovy kyseliny (akceptory elektronových párů), stabilizují strukturu enzymu nebo se přímo účastní redoxních reakcí.

Příklady běžných anorganických kofaktorů:

• Železnaté (Fe²⁺) a železité (Fe³⁺) ionty: Klíčové pro přenos elektronů. Jsou součástí hemových skupin v cytochromech, hemoglobinu a myoglobinu, a také v železo-sirných proteinech (ferredoxin).
• Hořečnaté ionty (Mg²⁺): Nezbytné pro enzymy, které pracují s ATP a jinými nukleotidy (např. kinázy). Stabilizují záporný náboj fosfátových skupin. Jsou také kofaktorem pro DNA a RNA polymerázy.
• Zinečnaté ionty (Zn²⁺): Mají strukturní i katalytickou roli. Nachází se v enzymech jako alkoholdehydrogenáza, karbonátdehydratáza nebo v transkripčních faktorech typu "zinkový prst".
• Měďnaté (Cu²⁺) a měďné (Cu⁺) ionty: Účastní se redoxních reakcí, například v cytochrom c oxidáze, terminálním enzymu dýchacího řetězce.
• Manganaté ionty (Mn²⁺): Kofaktor pro enzymy jako argináza nebo superoxiddismutáza.
• Draselné ionty (K⁺): Důležité pro funkci některých enzymů, například pyruvátkinázy.
• Kobaltnaté ionty (Co²⁺): Centrální iont v kobalaminu (vitamín B12).
• Molybden: Nachází se v enzymech jako xanthinoxidáza nebo nitrátreduktáza.
• Nikelnaté ionty (Ni²⁺): Kofaktor enzymu ureáza.

🧪 Organické kofaktory (koenzymy)

Organické kofaktory se souhrnně nazývají koenzymy. Většina z nich je odvozena od vitamínů. Dále se dělí podle síly vazby na apoenzym:

Prostetické skupiny

Jsou to organické molekuly, které jsou na apoenzym vázány velmi pevně, často kovalentní vazbou. Během katalytického cyklu se od enzymu neoddělují.

Příklady prostetických skupin:

• Flavinadenindinukleotid (FAD): Derivát riboflavinu (vitamín B2). Účastní se redoxních reakcí, například v sukcinátdehydrogenáze v citrátovém cyklu.
• Flavinmononukleotid (FMN): Další derivát riboflavinu, součást Komplexu I dýchacího řetězce.
• Thiamindifosfát (TPP): Derivát thiaminu (vitamín B1). Klíčový pro dekarboxylační reakce, například v pyruvátdehydrogenázovém komplexu.
• Biotin (vitamín B7): Přenáší CO₂ v karboxylačních reakcích (např. acetyl-CoA-karboxyláza).
• Hem: Komplexní organická molekula s centrálním atomem železa. Je prostetickou skupinou hemoglobinu, myoglobinu a cytochromů.
• Pyridoxalfosfát (PLP): Derivát pyridoxinu (vitamín B6). Důležitý pro metabolismus aminokyselin (transaminace, dekarboxylace).

Koenzymy (kosubstráty)

Jsou na apoenzym vázány slabě a přechodně. Chovají se spíše jako druhý substrát (kosubstrát). Navážou se na enzym, podstoupí chemickou změnu (např. redukci) a poté se od enzymu oddělí, aby mohly být regenerovány v jiné reakci.

Příklady koenzymů:

• Nikotinamidadenindinukleotid (NAD⁺): Derivát niacinu (vitamín B3). Klíčový přenašeč elektronů v katabolických drahách jako glykolýza a citrátový cyklus. Existuje ve formě oxidované (NAD⁺) a redukované (NADH).
• Nikotinamidadenindinukleotidfosfát (NADP⁺): Fosforylovaná forma NAD⁺, používaná hlavně v anabolických (syntetických) drahách, například v pentózofosfátovém cyklu nebo při fotosyntéze.
• Koenzym A (CoA): Derivát kyseliny pantothenové (vitamín B5). Přenáší acylové skupiny, nejčastěji acetylovou skupinu ve formě acetyl-CoA.
• Adenosintrifosfát (ATP): Funguje jako koenzym přenášející fosfátové skupiny (v reakcích katalyzovaných kinázami) nebo energii.
• Tetrahydrofolát (THF): Derivát kyseliny listové (vitamín B9). Přenáší jednouhlíkaté zbytky (methylové, formylové skupiny), což je klíčové pro syntézu nukleotidů a některých aminokyselin.

⚙️ Funkce a mechanismus účinku

Kofaktory umožňují provádět reakce, které by samotné aminokyselinové zbytky v aktivním místě enzymu nedokázaly. Jejich hlavní funkce zahrnují:

1. Přenos elektronů: Koenzymy jako NAD⁺, FAD a kovové ionty (Fe, Cu) jsou esenciální pro redoxní reakce, které jsou základem energetického metabolismu. 2. Přenos funkčních skupin: Koenzym A přenáší acyly, biotin přenáší CO₂, tetrahydrofolát přenáší jednouhlíkaté zbytky. Tím umožňují syntézu složitějších molekul. 3. Strukturní stabilizace: Některé kovové ionty (např. Zn²⁺, Ca²⁺) pomáhají udržovat správnou trojrozměrnou strukturu proteinu, která je nezbytná pro jeho funkci. 4. Elektrofilní katalýza: Kovové ionty mohou působit jako elektrofily, stabilizovat záporné náboje nebo polarizovat vazby v substrátu, čímž usnadňují jeho přeměnu.

🩺 Klinický význam

Protože mnoho kofaktorů je odvozeno od vitamínů a esenciálních minerálů, jejich nedostatek v potravě vede k různým onemocněním. Tělo si většinu těchto látek nedokáže samo syntetizovat.

• Avitaminózy: Nedostatek vitamínů vede k poruše funkce enzymů, které je vyžadují jako koenzymy.

   *   Nedostatek thiaminu (B1) způsobuje nemoc beri-beri, protože je narušena funkce pyruvátdehydrogenázy a energetický metabolismus.
   *   Nedostatek niacinu (B3) vede k pelagře kvůli nedostatku NAD⁺.
   *   Nedostatek kobalaminu (B12) způsobuje perniciózní anémii.
   *   Nedostatek kyseliny listové (B9) může vést k megaloblastické anémii a defektům neurální trubice u plodu.

• Nedostatek minerálů:

   *   Nedostatek železa je nejčastější příčinou anémie (chudokrevnosti) kvůli snížené syntéze hemoglobinu.
   *   Nedostatek zinku může vést k poruchám imunity, zpomalenému hojení ran a kožním problémům.

💡 Pro laiky

Představte si enzym jako velmi specializovaný nástroj, například elektrickou vrtačku (to je apoenzym). Vrtačka má správný tvar a motor, ale sama o sobě nic neudělá. Aby mohla fungovat, potřebuje dvě věci: 1. Baterii (energii) nebo specifický vrták. To je kofaktor. 2. Materiál, do kterého se má vrtat. To je substrát.

Některé kofaktory jsou jako baterie (např. NAD⁺), které dodávají nebo odebírají "energii" (elektrony). Jiné jsou jako speciální vrtáky (např. koenzym A), které na substrát něco přidají nebo z něj něco odeberou. Teprve když se vrtačka (apoenzym) spojí se správným vrtákem (kofaktorem), vznikne plně funkční nástroj (holoenzym), který může vykonat svou práci na materiálu (substrátu). Bez vitamínů a minerálů z potravy našemu tělu chybí tyto "baterie a vrtáky", a proto mnoho důležitých procesů nemůže správně probíhat.

Šablona:Aktualizováno