Открыть сервисСервис

Коферменты — вспомогательные факторы ферментативного катализа

Коферменты — низкомолекулярные органические вещества, которые необходимы для работы ферментов (энзимов), но не являются их неотъемлемой белковой частью. В отличие от простетических групп, коферменты связываются с апоферментом обратимо и могут отщепляться, перенося химические функциональные группы между субстратами. Вместе с белковой частью кофермент образует активный фермент — голофермент.

Общие сведения

Апофермент сам по себе биологически неактивен. Для формирования активного центра ему требуется кофермент, который участвует в катализе напрямую: переносит атомы или функциональные группы, стабилизирует переходное состояние, обеспечивает доступ катализатора к субстрату. Связь кофермента с белком обычно слабая (нековалентная, водородная или ионная), что позволяет ферменту многократно использовать один и тот же кофермент в циклических реакциях.

По происхождению коферменты делятся на две группы:

  • Коферменты-переносчики — производные витаминов (например, коэнзим A, НАД⁺, ФАД). В организме они синтезируются из витаминов пищевого происхождения.
  • Коферменты-активаторы — простые ионы металлов (Mg²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, Cu²⁺), которые иногда называют кофакторами неорганического происхождения.

Классификация

Коферменты принято разделять на несколько групп по химической природе и функции:

КоферментПроизводное витаминаФункция
НАД⁺ / НАДФ⁺Ниацин (B₃)Перенос гидрид-иона в окислительно-восстановительных реакциях
ФАД / ФМНРибофлавин (B₂)Перенос электронов в дыхательной цепи
Коэнзим AПантотеновая кислота (B₅)Перенос ацильных групп (ацилирование)
Тиаминпирофосфат (ТПФ)Тиамин (B₁)Декарбоксилирование α-кетокислот
Пиридоксальфосфат (ПЛФ)Пиридоксин (B₆)Трансаминирование, декарбоксилирование аминокислот
Тетрагидрофолат (ТГФ)Фолиевая кислота (B₉)Перенос одноуглеродных фрагментов
БиотинБиотин (B₇)Перенос CO₂ в карбоксилирующих реакциях
КобаламинВитамин B₁₂Перенос метильных и изопренильных групп
Убихинон (коэнзим Q)Не витаминПеренос электронов в митохондриальной цепи
Аденозинтрифосфат (АТФ)Не витаминУниверсальный донор энергии

Механизм действия

Кофермент выполняет одну из трёх основных ролей в ферментативном катализе:

  1. Перенос химической группы. Кофермент обратимо связывается с субстратом, принимает на себя функциональную группу и переносит её на другой субстрат. Пример — НАД⁺, принимающий гидрид-ион в реакциях дегидрогеназ.
  2. Обеспечение каталитического центра. Кофермент участвует непосредственно в катализе, не покидая активный центр (простетическая группа, например биотин в карбоксилазах).
  3. Стабилизация переходного состояния. Кофермент снижает энергию активации, стабилизируя промежуточные формы субстрата.

Концентрация коферментов в клетке, как правило, значительно ниже концентрации соответствующих ферментов, поэтому скорость метаболических процессов во многом зависит от доступности коферментов. Дефицит витаминов-предшественников коферментов приводит к нарушению работы целых ферментативных систем.

Биологическое значение

Коферменты обеспечивают связь между обменом веществ и поступлением витаминов с пищей. Недостаток соответствующих витаминов вызывает характерные заболевания:

В медицинской практике коферментные формы витаминов (например, бенфотиамин, метилкобаламин) используются как лекарственные препараты при состояниях, связанных с нарушением их усвоения.

Применение

Коферменты находят применение в биотехнологии и промышленной биокатализе. Их используют в составе ферментных систем для синтеза хиральных соединений, в диагностических наборах (определение активности трансаминаз, лактатдегидрогеназы) и в биосенсорах. Искусственные аналоги коферментов разрабатываются как потенциальные лекарственные средства, блокирующие жизненно важные ферменты патогенных микроорганизмов.

История

Термин «кофермент» введён немецким биохимиком Вильгельмом Кюне в 1900-х годах для обозначения термостабильной (небелковой) части ферментных систем. В 1930-х годах Ганс Адольф Кребс и другие исследователи установили связь между витаминами и коферментами, а в 1950-х годах были раскрыты структуры НАД⁺ и коэнзима A, что заложило основу современного понимания коферментативного катализа.

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru