Коферменты — биологически активные органические молекулы¶
Кофермент — это небелковая органическая молекула, которая обратимо связывается с апопротеином (белковой частью фермента) и участвует в переносе химических групп или электронов в биологических реакциях. Вместе с апопротеином кофермент образует активный фермент — голофермент. В отличие от апофермента (белковой части), кофермент не разрушается в ходе реакции и многократно используется. По происхождению коферменты делятся на витамины и витаминоподобные вещества, а также на другие небелковые кофакторы (металлические ионы, гем, биотин).
¶Классификация
По химической природе коферменты подразделяют на несколько групп:
| Группа | Примеры | Функция |
|---|---|---|
| Нуклеотиды и их производные | НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, кофермент А, АТФ | Перенос электронов, ацетильных, фосфатных групп |
| Порфирины | Гем (в цитохромах, каталазе) | Перенос электронов |
| Сахаридные производные | Тиаминдифосфат, кофермент B₁₂ | Перенос альдегидных, метильных групп |
| Аминокислотные производные | Пиридоксальфосфат, биотин, тетрагидрофолиевая кислота | Перенос аминогрупп, карбоксильных групп, метильных групп |
| Липидные коферменты | Убихинон (коэнзим Q) | Перенос электронов в дыхательной цепи |
По прочности связывания с белком различают коферменты (обратимо связываются) и простетические группы (прочно, ковалентно или ионно связаны с апопротеином, например биотин в карбоксилазах).
¶Основные коферменты
¶НАД⁺ и НАДФ⁺
Никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺) и его фосфорилированная форма НАДФ⁺ — основные переносчики восстановленных эквивалентов (H⁺ и 2e⁻). НАД⁺ участвует в катаболических процессах (гликолиз, цикл Кребса, β-окисление жирных кислот), а НАДФ⁺ — в анаболических (биосинтез жирных кислот, холестерина, антиоксидантная защита через глутатионредуктазу). Синтезируют их из ниацина (витамина B₃).
¶ФАД
Флавинадениндинуклеотид — кофермент флавопротеинов (сукцинатдегидрогеназа, аминокислотные оксидазы). Содержит рибофлавин (витамин B₂). Переносит один или два электрона с образованием полувосстановленной формы FADH· и полностью восстановленной FADH₂.
¶Кофермент А
Кофермент А (КоА) переносит ацильные группы (ацетил-, ацил-). Содержит пантотеновую кислоту (витамин B₅). Ацетил-КоА — центральный метаболит, соединяющий распад жиров, белков и углеводов с циклом Кребса и синтезом жирных кислот.
¶Пиридоксальфосфат
Пиридоксальфосфат (ПЛФ) — кофермент аминотрансфераз и декарбоксилаз. Содержит пиридоксин (витамин B₂). Участвует в обмене аминокислот, синтезе нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК).
¶Тетрагидрофолиевая кислота
ТГФК — переносчик одноуглеродных фрагментов (метильных, метиленовых, формильных групп) в синтезе пуринов, пиримидинов и метионина. Производная фолиевой кислоты (витамин B₉).
¶Биотин
Биотин — кофермент карбоксилаз (пируваткарбоксилаза, ацетил-КоА-карбоксилаза). Переносит CO₂. Содержится в яичном желтке, печени, дрожжах.
¶Тетракобраламин (витамин B₁₂)
Кофермент метилмалонил-КоА-мутазы и метионинсинтазы. Участвует в переносе метильных и 1,2-перегруппировок. Содержится только в продуктах животного происхождения.
¶Роль в биохимии
Коферменты обеспечивают химическое разнообразие каталитических реакций, которое белок сам по себе не может обеспечить. Аминокислотные остатки апопротеина ограничены набором функциональных групп, тогда как коферменты обладают широким набором химических возможностей: перенос электронов, ацильных, амино-, карбоксильных, метильных групп. Многие коферменты работают как «шаблоны», снижая энергию активации за счёт промежуточных ковалентных связей с субстратом.
¶Практическое значение
Дефицит витаминов, являющихся предшественниками коферментов, приводит к нарушениям обмена веществ. Недостаток ниацина вызывает пеллагру, тиамина — бери-бери, рибофлавина — арибофлавиноз, пиридоксина — дерматиты и анемию, фолиевой кислоты — мегалобластную анемию, витамина B₁₂ — пернициозную анемию. В клинической практике коферментные формы витаминов (например, пиридоксальфосфат, тиаминдифосфат) используются при лечении соответствующих авитаминозов и в составе метаболических препаратов.
¶История
Термин «кофермент» ввёл британский биохимик Артур Харден в 1904 году для обозначения термостабильной части фермента, необходимой для каталитической активности. В 1920-х годах Вильгельм Дитрих и Рихард Вильштеттер установили, что многие коферменты являются витаминами или их производными, что связало биохимию ферментов с учением о витаминах.
¶Источники
- Страйер Л. Биохимия. — М.: Бином, 2006.
- Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленингера. — М.: Бином, 2008.
- Малкевич А. П. Биохимия. — Минск: Вышэйшая школа, 2010.
- Хлопова Н. А., Синяков А. Н. Биохимия. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.