KOFAKTORY

Význam Více než 60% enzymů má charakter složených bílkovin Skládají se z bílkovinné části a nízkomolekulární neaminokyselinové struktury (kofaktor) Funkce kofaktoru spočívá v přenosu skupin atomů nebo elektronů

Typy kofaktorů Pevně vázán na bílkovinnou složku (stabilní součást molekuly) prosthetická skupina Slabě vázán na bílkovinnou složku (apoenzym)  snadno se odděluje  koenzym Apoenzym a koenzym tvoří holoenzym Mezi kofaktory jsou zařazovány i ionty kovů trvale vázané v aktivním centru enzymu (metaloenzymy) a ionty kovů účastnící se enzymové reakce, aniž by byly na enzym trvale vázány (aktivátory)

Odlišný průběh regenerace kofaktorů Koenzymy fungují jako druhé substráty, po proběhnutí reakce přechází zreagovaný koenzym na jiný apoenzym a tam reaguje s jiným substrátem  regenerace. Katalytické působení koenzymu je realizováno spřažením dvou reakcí prováděných různými enzymy. Enzymy obsahující prosthetické skupiny krátce po sobě reagují se dvěma různými substráty (obě reakce katalyzuje tentýž enzym)

Struktura kofaktorů Látky různé chemické povahy (nebílkovinné, nízká molekulová hmotnost) Často obsahují v molekule heterocyklus a zbytek kyseliny fosforečné Často mají úzký vztah k vitaminům

Heterocykly – součást kofaktorů

Kofaktory a vitamíny

Kofaktory oxidoreduktas Pyridinové dinukleotidy Flavinové nukleotidy Biopterin Lipoová kyselina Benzochinonové deriváty Hem Glutathion Ionty železa vázané na bílkovinu

NAD+, NADP+, NADH, NADPH Nikotinamidadenindinukleotid (NAD+) Nikotinamidadenindinukleotidfosfát (NADP+) Redukované formy (NADH, NADPH) Součástí molekuly je derivát vitaminu skupiny B (nikotinová kyselina); onemocnění z nedostatku = pelagra (léčba dietou s masem a mlékem) Přes 250 enzymů (transhydrogenasy) pracuje s těmito koenzymy Objeveny v roce 1906

NAD+, NADP+, NADH, NADPH

Redukce NAD+ na NADH Přenos dvou atomů vodíku Jeden z nich se váže jako hydridový anion do polohy 4 na pyridinový kruh nikotinamidu Druhý se váže jako proton na apoenzym Přechodem na redukovanou formu zaniká aromatický charakter pyridinového kruhu změna absorbance v UV oblasti NAD(P)H vykazuje specifickou absorbanci při 340 nm NAD(P)+ + 2e- + 2H+ NAD(P)H + H+

Spektra pyridinových dinukleotidů

Měření aktivity nikotinamidových dehydrogenas Absorbce v UV - při 260 nm absorbuje oxidovaná i redukovaná forma, při redukci nové absorbční maximum při 340 nm 2. Fluorescence redukované formy při 450 nm, vyvolaná excitací při 340 nm (o dva řády citlivější, interference) 3. Acidometrické měření - tvorba H+ v nepufrovaném prostředí při redukci NAD(P)+

Využití pyridinových dinukleotidů pro stanovení analytů stanovení kyseliny citronové v potravinách měří se úbytek absorbance při 340 nm výhoda - vysoká specifičnost citrátlyasa Citrát  oxalacetát + acetát malátdehydrogenasa Oxalacetát + NADH + H+  L-malát + NAD+

Modely Kalotový model NADH NAD vazebná doména

Alkoholdehydrogenáza

FMN, FAD Flavinmononukleotid Flavinadenindinukleotid Součástí je vitamin B2 (riboflavin) Reakce probíhá na isoalloxasinovém skeletu Pevné součásti molekul enzymů flavoproteiny Přenos vodíku (zejména akceptor vodíkových atomů z redukovaných forem pyridinových koenzymů) V oxidované formě (FAD a FMN) jsou enzymy žluté, v redukované formě jsou bezbarvé flavinové kofaktory nejsou pravé nukleotidy – místo ribosy mají ribitol

FMN a FAD

FMN a FAD

Redukce a reoxidace FMN a FAD

Žluté enzymy

Biopterin pterinová struktura - kondenzace pyrimidinového a pyrazinového kruhu + alifatický řetězec propandiolu řřetězec propandiolu L-fenylalaninhydroxylasa

Lipoová kyselina Cyklický disulfid 6,8-dithiooktanové kyseliny Karboxyl vázán na koncovou aminoskupinu lysinu bílkovinné části enzymu  prostetická skupina Enzymy s tímto kofaktorem realisují dehydrogenaci aldehydu na karboxylovou kyselinu Objevena v roce1950 jako růstový faktor některých mikroorganismů

Lipoová kyselina

Hem Součást molekul transelektronas (katalasa, peroxidasa, cytochromy) Základem je porfyrinový skelet tvořený čtyřmi pyrolovými jádry Planární, konjugovaná struktura Přenos elektronů je realizován přechodem mezi ferri- a ferro- formou iontu železa Většinou vázán na protein thioesterovými vazbami (adice thiolové skupiny cysteinu na vinylovou skupinu hemu)

Hem

Benzochinony Chinoidní struktura + isoprenový řetězec (n = 6-10)  umožňuje lokalizaci a orientaci v membránách) Ubichinony a plastochinon Mitochondriální dýchací řetězce Světlá fáze fotosyntézy Účast v procesu aerobní produkce energie (aerobní fosforylace)

Železosirné proteiny Transelektronasy Přechod Fe2+ na Fe3+ Ionty Fe vázané na atomy síry cysteinylových zbytků enzymu Tyto enzymy jsou všudypřítomné pocházejí z ranných stádií vývoje života Zahrnuty v metabolismu vodíku, fixaci dusíku a oxidu uhličitého

Glutathion Gama-glutamylcysteinyl-glycin 2 G-SH  G-S-S-G reversibilní reakce biologický „redoxní“ činitel silné nukleofilní činidlo - váže a odstraňuje těžké kovy a organické elektrofilní sloučeniny

Kofaktory přenášející skupiny atomů Adenosintrifosfát Aktivní sulfát Adenosylmethionin Methylkobalamin Tetrahydrofolát Thiamindifosfát Koenzym A pyridoxalsulfát

ATP Kofaktor kinas (transferasy) Zejména přenos fosfátu na hydroxylové skupiny alkoholů (uvolnění ADP) Méně časté přenosy difosfátu nebo adenosinmonofosfátu Vyjímečně přenos adenosylového zbytku za uvolnění mono- a difosfátu

ATP

Aktivní sulfát 3’-fosfoadenosin-5’-fosfosulfonát (PAPS) Transferasy realisující přenos zbytku kyseliny sírové na fenoly a alkoholy za vzniku esterů této kyseliny

Adenosylmethionin „Aktivní methyl“ Methylační enzymy Vzniká přenosem adenosylu z ATP na atom síry methioninu aktivace thioesterově vázaného methylu

Adenosylmethionin

Methylkobalamin Přenos methylu Derivát vitaminu B12 Chelátově vázaný ion kobaltu

Kyselina listová Přenosy jednouhlíkatých fragmentů [methyl (-CH3), methylen (-CH2-), formyl (-CHO), formimino (-CH=NH), methenyl (-CH=)] Vitamin

Kyselina listová je syntetizována rostlinami (jako vitamín poprvé nalezena v listech špenátu) pro živočichy a některé mikroby je kyselina listová esenciální nedostatek vede u savců k anemii a poruchám růstu biochemickým symptomem nedostatku kyseliny listové je porucha biosyntézy purinů a pyrimidinového derivátu thyminu řada mikroorganismů tvoří kofaktor z jednotlivých složek sulfonamidy - deriváty kyseliny 4-aminobenzensulfonové vytěsňují kyselinu 4-aminobenzoovou - zabrání se tím tvorbě folátu a zastaví se růst mikrobů = nejstarší chemoterapeutika - rezistentní jsou mikroorganismy neschopné tvořit folát z jeho složek kyselina 4-aminobenzensulfonová

Biotin Přenos aktivovaného oxidu uhličitého zabudování karbonylu Kofaktor ligas Vitamin H Kovalentně navázán na protein amidovou vazbou na ε-aminoskupinu lysinu

Thiamindifosfát Kofaktor transferas Přenos aktivního acetaldehydu a glykolaldehydu Derivát vitaminu B1 Reaktivní částí je thiazolový kruh Pyrimidová část a difosfátová skupina se účastní vazby na bílkovinnou část enzymu Dekarboxylace α-oxokyselin za vzniku aldehydů

Koenzym A Acylové skupiny jsou vázány thioesterovou vazbou na thiolovou skupinu cysteaminu Součástí je vitamin B5 (panthothenová kyselina)

Koenzym A

Pyridoxalfosfát Prostetická skupina aminotransferas Přenos aminoskupin Derivát vitaminu B6 (pyridoxinu)