Coënzymen |
||
|
||
Coënzymen.
Coënzymen zijn organische verbindingen (
reagentia) die een enzym nodig heeft om een bepaalde reactie te kunnen
uitvoeren. coënzym, een voor de activiteit van een enzym onmisbare factor, die met het eiwitgedeelte van een enzym geassocieerd is. De coënzymen zijn verbindingen met een relatief laag molecuulgewicht, die gemakkelijk diffunderen door een membraan dat eiwitmoleculen tegenhoudt. Bovendien zijn de coënzymen bestand tegen verhitting in waterige oplossing, terwijl de eiwitcomponenten dan irreversibel denatureren. Het coënzym is bepalend voor het type reactie dat een enzym zal katalyseren, maar de eiwitcomponent bepaalt welke verbinding deze reactie kan ondergaan (specificiteit).
Coënzym A. Coënzym A werd in 1945 door Fritz Albert Lipmann ontdekt , die voor deze ontdekking in 1953 een Nobelprijs kreeg. Coënzym A is opgebouwd uit een cysteamine-eenheid, een pantotheenzuurfragment en adenosinedifosfaat.
Het chemisch actieve gedeelte van dit coënzym
is de thiolgroep, vandaar dat het vaak wordt afgekort als CoA-SH.
Het lange CoA-gedeelte van CoA-SH dient om
goede bindingsinteracties aan te gaan met de enzymen die van dit coënzym
gebruik maken.
Het thiolaatanion is door zijn goede
polariseerbaarheid een zeer goed nucleofiel en bovendien een zeer goede
vertrekkende groep.
Deze eigenschap maakt coënzym A bijzonder
geschikt om op te treden in omesteringsreacties.
Bekend is de werking van acetylcoënzym A in
de biosynthese van vetzuren. Acetylcoënzym A treedt op als algemeen
reagens voor acetyloverdracht op talrijke plaatsen in de cel. Coënzym A speelt een centrale rol in het metabolisme van vetten, koolhydraten en eiwitten waarvan de afbraak plaatsvindt via acetyl-CoA ( citroenzuurcyclus). CoA is ook betrokken bij de biosynthese van vetzuren en bij acetyleringsreacties, zoals de vorming van acetylcholine.
De acetylering van CoA-SH tot acetyl-S-CoA
door de energieke verbinding acetylfosfaat wordt gekatalyseerd door het
enzym fosfotransacetylase.
Nicotinamide-Adenine-Dinucleotide ( NAD+) Bruto formule: C21H28N7O14P2 Dit is een verbinding die bestaat uit nicotinezuuramide-, ribose-, pyrofosfaat- en adeninemoleculen.
NAD+ is de belangrijkste elektronenacceptor
bij de oxidatie van brandstofmoleculen.
De gereduceerde vorm van NAD+ is NADH. Dit
NADH wordt via de elektronentransportketen weer geoxideerd, waarbij het
energierijke ATP ( adenosine tri-fosfaat) opgebouwd wordt. Wanneer het coënzym is betrokken bij de opbouw van stoffen tijdens de biosynthese, bevat het een extra fosfaatgroep op de 2’-plaats van ribose (NAD+ en NADPH). Bij de biosynthese van de vetzuren bijvoorbeeld, worden de vier elektronen die nodig zijn voor de reductie van een carbonylgroep tot een methyleengroep, geleverd door twee moleculen NADPH.
Flavine-Adenine-Dinucleotide
(FAD)
en Flavine-Adenine-Mononucleotide (FMN) Bruto formule FAD: C27H33N9O15P2 Bruto formule FMN: C17H21N4O9P
FAD en FMN zijn belangrijke coënzymen in
enzymatische redoxreacties. De coënzymen zijn enzymatisch gemodificeerde
versies van vitamine B2 ( Riboflavine) en bevatten als chemisch actief
deel het flavinefragment ( de isoalloxazinering).
De flavine-ring dankt zijn naam aan het
Latijnse woord flavius dat geel betekent. Verbindingen met het
flavinefragment zijn als vaste stof en in neutrale oplossing helder geel.
Het vitamine riboflavine wordt enzymatisch in
twee actieve coënzymvormen omgezet.
Fosforylering op de 5’-OH van de ribitylgroep
geeft FMN.
Adenosinylering van FMN geeft FAD.
FAD treedt onder andere op als
elektronenacceptor in oxidaties van alkanen naar alkenen waarbij FAD
gereduceerd wordt tot FADH2.
Thiaminepyrofosfaat. Bruto formule: C12H19ClN4O7P2S
Thiaminepyrofosfaat is opgebouwd uit thiamine
( vitamine B1) en een pyrofosfaatgroep. De pyrofosfaatgroep
fungeert als geladen groep voor bindingsinteracties met de enzymen die van
dit coënzym gebruik maken. Het thiaminedeel bestaat uit een pyrimidine- en
een thiazoliumring, verbonden via een methyleengroep.
Het coënzym is behulpzaam bij de enzymatische
decarboxilering van α-ketozuren .
Pyridoxaalfosfaat Bruto formule: C8H10NO6P
Het coënzym pyridoxaalfosfaat wordt opgebouwd uit vitamine B6
(pyridoxine). Pyridoxaalfosfaat is een coënzym voor een groot aantal
verschillende enzymen die betrokken zijn bij de chemische veranderingen op
de α,ß en
g
plaats van de natuurlijke α-aminozuren. Enzymen die met behulp van
pyridoxaalfosfaat werken, vallen in een van de volgende vier klassen; -
aminotransferasen -
decarboxylasen -
racemasen -
lyasen.
De reactie tussen aminozuren en de
pyridoxaalfosfaat bevattende enzymen verloopt via de positief geladen
iminiumverbindingen.
Voorbeelden hiervan zijn de transaminering
van aminozuren en de decarboxylatie van aminozuren.
In alle gevallen is de functie van het
pyridoxaalfosfaat die van een energetisch gunstige elektronenput waardoor
de carbanionen gestabiliseerd worden die tijdens de enzymatische reacties
gevormd worden.
Coënzym B12. Synoniemen voor dit coënzym zijn: Cobamide coenzyme; Adenosylcobalamin; Deoxyadenosylcobalamin; Cobamamide; Vitamin B12 coenzyme; Calomide;
Cobalamin coenzyme
Coënzym B12, een vorm van vitamine
B12, is een kobalt-bevattend coënzym met een complexe
structuur. Het bevat een gemodificeerd porfirineringssysteem. Naast
bindingen met de pyrroolgroepen in het porfirineringssysteem kan kobalt
nog twee andere liganden binden, loodrecht op het vlak van het
ringsysteem. Afhankelijk van de cellulaire functie van coënzym B12
kunnen verschillende groepen verbonden worden.
In enzymatische reacties is coënzym B12
vooral actief als katalysator bij omleggingen van 2-methylmalonzure ester
naar barnsteenzure ester.
Tetrahydrofolaat. Bruto formule: C19H23N7O6
Het coënzym tetrahydrofolaat is afkomstig van
het vitamine foliumzuur. Het is als coënzym betrokken bij de vorming van
C-C bindingen waarbij een fragment van één koolstof atoom
wordt overgedragen.Het één-koolstoffragment dat door tetrahydrofoliumzuur
( FH4) wordt overgedragen is gebonden aan N-5, N-10 of aan
beide.De koolstofeenheid kan voorkomen in drie oxidatietoestanden: de
meest gereduceerde vorm ( de methylgroep, -CH3), een tussenvorm
( de methyleengroep,-CH2-) en de meest geoxideerde vorm ( de
formylgroep,-CHO). De hoogst geoxideerde vorm van koolstof, CO2,
wordt door biotine overgedragen en niet door FH4. Door
enzymatische redoxreacties zijn de verschillende oxidatievormen van het
één-koolstoffragment in elkaar om te zetten.
Biotine. Bruto formule:
Biotine ( een enkele maal aangeduid als vitamine H) wordt in de
biosynthese toegepast als coënzym op plaatsen waar CO2 wordt
overgedragen. Een voorbeeld van waar dit gebeurt, vinden we in de
biosynthese van vetzuren waar acetyl-CoA wordt omgezet in malonyl-CoA. Dit
proces wordt gekatalyseerd door het enzym acetyl-CoA-carboxilase dat
gebruik maakt van biotine als coënzym. Het biotine is hierbij covalent
gebonden aan de ε-aminogroep van een lysineresidu van het enzym. Bij de
carboxylering van acetyl-CoA wordt eerst een carboxy-biotine intermediair
gevormd. De geactiveerde CO2-groep wordt daarna overgedragen
naar acetyl-CoA, waarbij malonyl-CoA wordt gevormd.
ATP Bruto formule: C10H16N5O13P3 Synoniem: ATP; adenosine 5'-triphosphate; dATP; 5'-adenylate triphosphate; 5'-rATP; rATP; 5'-dATP; 5'-deoxyadenylate triphosphate; deoxyadenosine 5'-triphosphate; deoxyadenosine triphosphate; Adenosine 5'-triphosphate disodium salt (ATP); Adenosinetrifosfaat ( ATP ) is een nucleotide ( stof opgebouwd uit een stikstofrijk molecuul (( purine - of pyrimidine-base )) , een suikermolecuul en fosforzuur ) dat als co-factor bij vele enzymatische reacties in het lichaam wordt gebruikt. ATP wordt uit adenosinedifosfaat ( ADP ) gevormd bij de oxidatie van suikers, eiwitten en vetten en wordt verbruikt bij energiebehoevende processen in de cel. ATP wordt vaak het " universele betaalmiddel" genoemd voor de cellulaire energie. Het is voor de cellen een geriefelijke manier om energie op slaan die de cellen nodig hebben om proteïnen te synthetiseren, of voor het kopiëren van DNA, en de opbouw van nieuwe organellen. ATP is ook nodig voor bijvoorbeeld de spiercontractie, het pompen van water door membranen en de verplaatsing van cellen. Naast de energievoorziening helpen mitochondriën ook bij de regulatie van concentraties calcium en andere elektrisch geladen deeltjes in het cytoplasma. Ook recyclen zij- en breken zij de energie in vetzuren en aminozuren af . Hoewel de mitochondriën al vanaf het jaar 1880 onderzocht worden, duurde het vele jaren voordat wetenschappers het functioneren van dit organel begrepen. Het proces waarbij de mitochondriën zuurstof gebruiken om de chemische energie , die is opgeslagen in voedsel, vrij te maken , wordt cellulaire ademhaling genoemd. ( cellular respiration ). In de vroege jaren 1900 werd ontdekt dat de biochemische reacties van dit type ademhaling in twee hoofdgroepen vallen : het koolstof traject , waarin suiker wordt afgebroken tot kooldioxide en waterstof ; en het waterstof traject waarbij waterstof in stappen wordt omgezet in zuurstof , waarbij water wordt gevormd en energie vrijkomt. In het waterstof traject passeren de elektronen van waterstof de " elektronen transportketen " . Deze elektronen transportketen bestaat uit 5 enzymcomplexen. Tijdens het transport van deze elektronen door de elektronen transportketen, geven de elektronen een deel van hun energie af. Deze energie wordt dan opgeslagen in moleculen ATP. Aan het einde van de keten zijn voor elke molecuul suiker, 38 moleculen ATP gevormd. Soms wordt een totaal van 36 ATP aangehouden, omdat bekend is dat in eukaryote cellen het gereduceerde NAD, dat gevormd is door de glycolyse in het cytoplasma, actief getransporteerd moet worden over de mitochondriële membraan om beschikbaar te komen voor de elektronentransportketen. Het actieve transport over het membraan kost 1 ATP voor elk NADH dat getransporteerd wordt. Wanneer men zo wil redeneren , moet men ook het actieve transport van andere moleculen in ogenschouw nemen. ( pyruvaat ? , fosfaat ? , Mg+ etc ). Het juiste netto resultaat van ATP is onbekend , maar moet worden beschouwd als minder dan 36. GTP Bruto formule: C10H16N5O14P3 Guanosine trifosfaat: synoniemen: Guanosine 5'-triphosphate, disodium salt; GTP dihydrate; 5'-guanylate triphosphate; 5'-rGTP; GTP; guanosine triphosphate; rGTP; guanosine-5-triphosphate disodium salt. |