8.2. Kofaktorok

Számos olyan kémiai reakció van, amely katalíziséhez nem elegendő a húsz aminosav biztosította kémiai repertoár. (A metabolizmus szempontjából döntő jelentőségű redox-reakciók például kizárólag kofaktorok jelenlétében mennek végbe.)  Ezek katalízisében nem-fehérje természetű anyagok, úgynevezett kofaktorok működnek közre. A kofaktorok olyan atomok, ionok vagy szerves molekulák, amelyek sztöchiometrikus mennyiségben, közvetlen szerepet játszanak a katalízisben. A kofaktor nélküli, önmagában kémiai katalízisre nem képes enzimet apoenzimnek, míg a kofaktorral komplexben lévő teljes, funkcióképes formát holoenzimnek nevezik.

Egyes esetekben a kofaktor szerkezetileg is meghatározó eleme az enzimnek, és eltávolítása csak az enzim denaturálásával végezhető el. Az ilyen kofaktorokra a „prosztetikus csoport” kifejezést alkalmazzák, függetlenül attól, hogy a kofaktor kovalensen van-e az enzimhez kötve, vagy sem. Azokat a kofaktorokat, amelyek szerves molekulák, „koenzimek”-nek is nevezik. A vitaminok zöme koenzim vagy a koenzim prekurzora, kiindulási anyaga. A koenzimek is lehetnek prosztetikus csoportok, de lehetnek reverzibilisen kötődő ko-szubsztrátok is, amelyek a reakció végén leválnak az enzimről. A redoxreakciókban szerepet játszó kofaktorok közül a flavin-adenin-dinukleotid (FAD) például prosztetikus csoport, míg a nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD) ko-szubsztrát

A legfontosabb fémion-alapú kofaktorokat a 8.2. táblázat, míg a szerves molekula alapúakat, tehát koenzimeket a 8.3. táblázat foglalja össze.

8.2. táblázat: Fém-alapú kofaktorok

8.2. táblázat: Fém-alapú kofaktorok

A fémek az esetek többségében ionos formában szerepelnek az enzimek katalitikus centrumában. A fémionok, és különösen a kisméretű, többértékű fémionok olyan nagy pozitív töltéssűrűséggel rendelkeznek, amilyennel egyetlen aminosav csoport sem bír. Általában ez a nagy töltéssűrűség járul hozzá a katalízishez azáltal, hogy polarizálja a reakcióban résztvevő csoportok elektronfelhőjét.

A koenzimek tipikus csoportátvivők olyan reakciókban, amelyekben valamilyen kémiai csoport kerül át egyik szubsztrátról a másik szubsztrátra. A katalízisben résztvevő koenzim a reakció során kémiailag módosul, tehát „n-edik” szubsztrát! Az esetek egy részében többlépéses kémiai reakcióról van szó, és a teljes folyamat végére a koenzim a kiindulási állapotába kerül. Más esetekben a koenzimet egy, az előzőtől független kémiai reakcióban egy másik enzim által regenerálni kell.

A 8.3. táblázat a legfontosabb koenzimeknél feltünteti, hogy azok milyen kémiai csoport átvitelében játszanak szerepet, és azt is bemutatja, hogy az adott koenzim mely vitamin átalakulásával jön létre. Példaként egy-egy, az adott koenzimmel működő enzim is megnevezésre kerül. Minden koenzimre igaz, hogy nem egyetlen enzimmel, hanem hasonló kémiai átalakulást katalizáló enzimek egy csoportjával működik együtt. A NAD koenzim például számos dehidrogenáz enzim közös koenzime.

8.3. táblázat: Koenzimek és vitaminok

8.3. táblázat: Koenzimek és vitaminok