KOENZYMY.doc

KOENZYMY

Koenzymy – są to substancje organiczne decydujące o aktywności katalitycznej poszczególnych enzymów, biorą udział w reakcjach poprzez oddawanie lub przyłączanie pewnych reagentów. Koenzymami są zwykle witaminy, ATP, NADH.

Obecność koenzymów jest często niezbędna w takich reakcjach jak:

przenoszenie grup atomów
procesy oksyredukcyjne
izomeryzacja zw. Chemicznych
w reakcjach syntezy prowadzących do powstania wiązań kowalencyjnych podczas powstawania różnych połączeń w komórce

Ponadto koenzymy pośredniczą pomiędzy różnymi enzymami, mają szczególne znaczenie w przemianie materii, stanowią ogniwa łączące podczas wymiany substancji ( np. wodór, kwas fosforowy ), grupy przejmowane przez koenzym łączą się nimi wiązaniem bogatym w energię.

Grupy prostetyczne – są to koenzymy ściśle połączone z grupami białkowymi. W takim wypadku katalityczne działanie enzymu realizuje się w ten sposób, że holoenzym w bardzo krótkich odstępach czasu reaguje z dwoami różnymi substratami. Aminokwas ulega odwodornieniu, wodór zostaje przyjęty przez grupę prostetyczną i w następnej reakcji przemiany ma cząsteczke tlenu.

Witaminy – prekursy koenzymów, substancje czynne, które muszą być dostarczone organizmowi z pożywieniem. Są one niezbędne dla przebiegu procesów życiowych i nie mogą być zastąpione przez inne substancje.

Organizm nie może sam produkować witamin, co najwyżej może je tworzyć z bezpośrednich prekursorów prawitamin. Organizm potrzebuje niewielkich ilości witamin, spowodowane to jest tym, iż nie są one substancją „pokarmową” a katalityczną.

Witaminy pełnią funkcję biokatalityczne polegające na tym, że witamina jest częścią składową koenzymu.

Witaminy możemy podzielić na:
a) rozpuszczalne w wodzie

Witamina
Koenzym
Rodzaj typowej reakcji
Skutki niedoboru
Tiamina ( B1)
Pirofosforan tiaminy
Transfer grupy aldehydowej
Beri - beri
Ryboflawina ( B2 )
FAD
Utlenianie – redukcja
Stany zapalne skóry i kącików jamy ustnej
Pirydoksyna ( B6 )
Fosforan pirodoksyny
Transfer grupy z/na aminokwas
Depresja

Kwas nikotynowy ( niacyna )
NAD+
Utlenianie – redukcja
Pelagra
Kwas pantotenowy
Koenzym A
Transfer grupy acylowej
Nadciśnienie
Biotyna
biocytyna
Zależna od ATP karboksylacja i transfer grupy karboksylowej
Ból mieśni, wysypki wokól brwi
Kwas foliowy
Tetrahydrofolian
Transfer fragmentów jednowęglowych
Anemia
B12
5'- deoksyadenozynokobalanina
Transfer grup metylowych, przegrupowanie wew. cząsteczkowe
Anemia, anemia złośliwa
Kwas askorbinowy
Nie służy jako koenzym
Antyutleniacz
szkorbut

Specyficzna rola witaminy C – wymagana jest do kontynuacji aktywności hydrolazy prolinowej ( enzym ten syntezuje 4-hydroksyprolinę, aminokwas obecny w kolagenie ). Enzym ten jest wspomagany przez związany z nim jon Fe2+, który właśnie redukowany jest przez witamine C.

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach nie funkcjonują jako koenzymy, niemniej pełnią również bardzo ważne funkcje w organizmie.

Witamina
Funkcja
Niedobór
A ( retinol )
Rola w procesie widzenia, wzrostu i reprodukcji
Kurza ślepota, uszkodzenie dróg oddechowych i pokarmowych
D ( kalcyferol )
Regulacje metabolizmem wapnia i fosforu
Krzywica, deformacje szkieletu, kości podatne na złamanie
E ( alfa- tokoferol )
Antyutleniacz
Zachamowanie produkcji spermy, uszkodzenie mięśni i nerwów
K
Krzepnięcie krwi
Krwotoki podskórne

Budowa koenzymów ogólnie:

Prawie wszystkie koenzymy zawierają kwas fosforowy jako główny składnik , często w takim połączeniu, które określamy jako nukleotyd. Wyróżniamy zasadniczo 2 grupy koenzymów:

koenzymy przenoszące wodór lub elektrony, współdziałają one z klasą enzymów zwanych oksyreduktazami,
koenzymy przenoszące ugrupowania atomów, współpracują one z enzymami należącymy do klasy transferaz. Niektóre z koenzymy mogą również współdziałać z izomerazami, liazami i ligazami.

Budowa i funkcje koenzymów oksyreduktaz

KOENZYMY NIKOTYNAMIDOWE – koenzymy te są częścią składową dehydrogenaz, biorących udział w przenoszeniu atomów wodoru z donora na akceptor ( np. fermentacja, glikoliza ). Należą tutaj m.in. :

dinukleotyd nikotynoamidowo adeninowy ( NAD ) zbudowany z nukleotydów:
- kwasu adenylowego
- nukleotydu nikotyamidowego

fosforan dinukleotydu nikotynoamidowo adeninowego ( NADP )

Budowa taka jak NAD, z tym że do drugiego węgla rybozy połączonej z adeniną zostaje przyłączona reszta kwasu fosforowego.

Nukleotydy nikotyamidowe znajdują się w bliskim kontakcie z jedną z witamin gr.B, z kwasem nikotynowym, również amid kwasu nikotynowego działa jako witamina, jest to forma witaminy wbudowanej w cząsteczke koenzymu. Dzięki obecności w pierścieniu pirydynowym czwartorzędowego atomu węgla, noszącego ładunek dodatni, amid kwasu nikotynowego ma właściwości zasadowe, a cały koenzym również przyjmuje taki ładunek , zapisujemy więc często:

NAD+
NADP+

Funkcja tych koenzymów polega na odwracalnym przyjmowaniu wodoru. Pierścień pirydyny ulega wówczas redukcji, tak że pozostają tylko dwa wiązania podwójne, azot zaś traci swój ładunek dodatni.

Przebieg tego procesu można przedstawić następująco:

Zarówno NAD+ i NADP+ transportują H2 wewnątrz komórki.

Rola NAD+ - przeważnie oddaje swój wodór enzymom łańcucha oddechowego. Reakcja z tlenem prowadząca do powstania H2O jest przy tym wykorzystywana do syntezy ATP.

Rola NADH+ - służy do tego, aby dostarczyć przy biosyntezach potrzebnego wodoru lub ogólnie „równoważników redukcyjnych”

NUKLEOTYDY FLAWINOWE:

grupą czynną tych koenzymów jest flawina, która łącząc się z pięcowodorotlenowym alkoholem tzw. rybitolem daje ryboflawinę ( wit. B2 )

Flawina zbudowana jest z trzech pierścieni sześcioczłonowych, z których dwa są heterocykliczne. Jest ona składnikiem dwóch ważnych grup prostetycznych:

FMN – mononukleotyd flawinowy
FAD – dinukleotyd flawinowy

Enzym przenosi wodór na grupę prostetyczną. Aby mogła pełnić funkcję katalizatora, układ flawinowy musi znowu ulegać utlenieniu, zachodzi to przeważnie przy udziale drugiego układu enzymatycznego.

KOENZYMY Q ( ubichinon ) - koenzym ten jest pochodną p-chinonu. Pełni funckję, w procesie oddychania, będąc składnikiem łańcucha oddechowego. Przejmuje on wówczas wodory z koenzymami FADH2 ( lub FMNH2 ) redukując je do ubihydrochinonu ( QH2 )

KOENZYMY TRANSFERAZ

KOENZYM A ( CoA ) - koenzym ten odgrywa szczególnie ważną rolę w licznych procesach metabolicznych komórki i organizmu. Jego funkcja polega na przenoszeniu reszt kwasu octowego ( CH3CO – acetyl ) oraz reszt innych kwasów ( RCO – acyl )

Koenzym A zbudowany jest z :

3' – fosforanu -5- difosforanu
kwasu pentotenowego
cysteaminy

Grupę czynną stanowi grupa -SH cysteaminy. Atom wodoru tej grupy może być podstawiany dowolnym rodnikiem acetylowym ( np. CH3CO ). Utworzony wówczas związek to ScoA.

Koenzym A przyjmuje z substratu ( donora ) resztę kwasu octowego, przekazując go następnie na różne związki – akceptory.

Acetylowany CoA powstaje podczas procesów:

oksydacyjnej dekarboksylacji kwasu pirogronowego
beta-oksydacji kwasów tłuszczowych

Tak powstałe SCoA zużywany jest do:

produkcji energii
jako związek wyjściowy do biosyntezy węgla w organizmie roślinnym i zwierzęcym

ATP
jest nukleotydem zbudowanym z adeniny, rybozy i kwasu fosforowego

AMD – adenozynomonofosforan
ADP – adenozynodifosforan
ATP – adenozynotrifosforan

ATP posiada wiązania bogate w energię i jest źródłem energii dla wielu procesów endoenergicznych. ATP ma wysoki potencjał transferu ( przenoszenia grupy ). Różne ugrupowania mogą się odłączać i ulegać przeniesieniu. W zależności od tego, które wiązanie reaguje wyróżniamy następujące reakcje :

przenoszenie reszty ortofosoforanu i odszczepienie ADP
przenoszenie reszty pirofosoforanu i odszczepienie AMP
przenoszenie reszty AMP i odszczepienie pirofosforanu
przenoszenie reszty adenozyny, odszczepienie orto- i pirofosforanu

KOENZYMY ENZYMÓW INNYCH KLAS

FOSFORAN PIRYDOKSALU ( witamina B6 )

Związek ten jest koenzymem przemiany aminokwasów, katalizuje przede wszystkim transaminację i dekarboskylację aminokwasów. Stoi on w bliskim związki z pirodoksyną ( witaminy z grupy B )

Powstaje w wyniku działania ATP na pirydoksal :

W procesach transaminacji i dekarboksylacji czynny udział bierze białkowa część enzymu. Cząsteczka białka wiąże się z koenzymem przez grupę aminową lizyny i aldehydową grupę fosfopirodoksalu.

Fosforan pirodoksalu jest przykładem na to, że ten koenzym może katalizować różne reakcje.

BIOTYNA ( witamina H )

Bierze udział w przenoszeniu grup karboksylowych. Biotyna jest cykkiczną pochodną mocznika, zawierającą pierścień tiofenowy. Łańcuch boczny stanowi reszta kwasu walerianowego.

Witamina ta jest grupą prostetyczną karboksylaz – enzymów katalizujących proces karboksylacji – wiązania CO2. CO2 związany z azotem biotyny stanowi czynną formę dwutlenku węgla, bierze udział przy wielu reakcjach karboksylacji.

Proces karboksylacji przebiega następująco:

biotyna wychwytuje ze środowiska CO2, wytwarzając w obecności ATP ( energii ) enzymu – karboksybiotynę,
CO2 zostaje uwolniony z kompleksu karboksybiotyna-enzym i może być przekazany jako określony substrat, np. karboksylacja kwasu pirogronowego

KWAS TETRAHYDRAFOLIOWY

Jest to koenzym biorący udział w przenoszeniu grup hydroksymetylowych i formylowych.

Kwas ten jest pochodną kwasu foliowego. Ten ostatni jest zbudowany z pierścienia pterydynowego, reszty kwasu p- aminobenzoesowego oraz jednej lub kilku reszt kwasu glutaminowego. Kwas foliowy, aby móc przenosić grupy jednowęglowe musi ulec redukcji do kwasu tetrahydrofoliowego.