Kofaktor, koenzym, apoenzym, holoenzym, prostetická skupina – to všechno jsou termíny používané při popisování katalytických vlastností enzymů a jejich aktivity. A občas z nich jde hlava kolem.
Pojďme si tedy strukturovaně projít co je co a krátce si představit, kde se kofaktory vyskytují a jakou mají funkci.
Kofaktor
Kofaktor je slovo nadřazené všem koenzymům a prostetickým skupinám. Jedná se o nízkomolekulární nepeptidové látky uplatňující se při enzymových reakcích.
Jednodušeji řečeno, jsou to pomocné molekuly, jejichž úkolem je v průběhu reakce přechodně poskytnout nebo převzít přenášenou skupinu atomů. Samy o sobě katalyticky aktivní nejsou.
Jaké enzymy potřebují kofaktory?
Enzymy pracují v těle jako tzv. urychlovači chemických reakcí a jsou proto také označovány jako biokatalyzátory. Bez nich by všechny metabolické přeměny v těle trvaly roky, možná i desítky let.
A významná část enzymů ke své funkci využívá právě kofaktory jako tzv. přenašeče. A to ať už „jen“ elektronu nebo vodíku, tak i větších chemických skupin. Kofaktor je pak z této dvojice (enzym-kofaktor) ten, kdo komunikuje přímo se substrátem.
Substrát lze popsat jako molekulu, u které dochází k samotné chemické přeměně. Například z glukosy se stává glykogen. Role enzymu je zajistit to, aby vůbec k jejich kontaktu v prostoru došlo, je takovým koordinátorem a urychlovačem jejich reakce.
Reakce enzymu se substrátem se často připodobňuje ke klíči (substrát), který svým unikátním tvarem zapadne do zámku (enzymu) a po otočení lze dveře odemknout. Pokud bychom do této analogie chtěli přidat funkci kofaktoru, zjednodušeně lze říct, že se jedná o zámek v autě. Aby došlo k nastartování, je nutné, aby v autě bylo doplněné palivo.
Auto bez paliva (enzym bez kofaktoru) symbolizuje apoenzym – nenastartuje.
Po natankování dojde ke spojení kofaktoru s apoenzymem a vzniká funkční holoenzym. Pak je možné – po zasunutí klíče do zámku a jeho otočení – nastartovat.
Spojení enzymu s kofaktorem může být vratné i nevratné. Například přenos karboxylu (CO2, dekarboxylace) je proces nevratný, přenos aminu (NH2, transaminace) zase dokonale vratný.
Základní rozdělení enzymů:
Podle toho, co si „kurýr“ kofaktor nese ve svém batohu, se pak nazývá i jeho „koordinátor“ enzym.
A. Oxidoreduktázy
Pokud přenáší vodíky a elektrony, jedná se o tzv. oxidoreduktázy. Dochází zde k přenosu elektronu z jedné molekuly (reduktantu) na druhou (oxidant).
Oxidaci látek, kde se odštěpuje vodík, mají na svědomí dehydrogenázy. Pokud se proces děje v opačném směru, dochází k redukci látek, jsou za to zodpovědné oxidázy. Ať už se jedná o oxidázy nebo dehydrogenázy, přenos tzv. redoxních ekvivalentů (e-, e- + H+ nebo H-) bývá realizován díky kofaktorům.
Nejvýznamnější kofaktory oxidoreduktáz jsou NAD+, NADP+, FAD, kyselina askorbová (vitamín C) nebo BH4. Podrobněji to bude probráno v jiném článku.
B. Transferázy
Pokud se „koordinátor“ = enzym pouští do přenosů více atomů, nazývá se obecněji transferáza, konkrétněji pak podle toho, o jakou skupinu atomů se přesně jedná.
Podle toho je také klasifikován do podtřídy acyltransferáz, methyltransferáz, glykosyltransferáz, fosfatáz, C-transferáz, aminotransferáz a dalších. Kofaktory jim potom pomáhají s přenosem jednotlivých skupin.
K nejvýznamnějším patří nukleosidfosfatázy (ATP, UTP), koenzym A, SAM, TPP, PLP, PAPS nebo kobalamin a biotin. Jednotlivě si je probereme v jiném článku.
C. Izomerázy a Ligázy
Kofaktory pak mohou vypomáhat izomerázám při přenosu skupin v rámci jedné molekuly nebo ligázám, které jsou spojené s reakcemi endergonickými, tedy těmi, které vyžadují dodávku energie. K tomu pak slouží kofaktory nuklosidtransferázy (ATP, UTP…) nebo také biotin.
- Lyázy a Hydrolázy
Trávicí enzymy, které přítomnost kofaktorů často nevyžadují. Výjimkou je kofaktor PALP.
Vitamíny a kofaktory
Mnohé kofaktory jsou aromatické sloučeniny, které si buňky vyšších organismů nedokážou samy plně syntetizovat. Musí být tedy přijímány z potravy jako vitamíny – jsou proto látkami esenciálními.
Pevnou součástí struktury kofaktorů jsou nejčastěji vitamíny ze skupiny B. Výjimkou je kofaktor vitamín C, přenašeč atomů vodíku (oxidoreduktázy).
Přehled vitamínů B a příklady kofaktorů, jichž jsou součástí, jsou uvedené v tabulce. Blíže pak budou popsány u jednotlivých zástupců kofaktorů.
Krátká poznámka na závěr: Co kofaktory nejsou!
V biochemii se za kofaktory nepovažují stabilizující sloučeniny, alosterické aktivátory, posttranslační modifikace nebo proteinové podjednotky.
Axon tým
