Koenzymy jsou malé organické molekuly, které se spojují s enzymy a jejichž přítomnost je pro činnost těchto enzymů nezbytná. Koenzymy patří do větší skupiny zvané kofaktory, která zahrnuje také ionty kovů; kofaktor je obecnější termín pro malé molekuly potřebné pro aktivitu s nimi spojených enzymů. Vztah mezi těmito dvěma termíny je následující
I. Kofaktory
- Esenciální ionty
- Volně vázané (tvořící kovem aktivované enzymy)
- Pevně vázané (tvořící metaloenzymy
- Koenzymy
- Pevně vázané prostetické skupiny
- 2 Volně vázané kosubstráty
Mnoho koenzymů je odvozeno od vitaminů . Tabulka 1 uvádí vitaminy, koenzymy od nich odvozené, typ reakcí, kterých se účastní, a třídu koenzymu.
Protetické skupiny jsou pevně vázány na enzymy a účastní se katalytických cyklů enzymů. Jako každý katalyzátor , i komplex enzym-protetická skupina prochází během reakce změnami, ale než může katalyzovat další reakci, musí se vrátit do původního stavu.
Flavin adenindinukleotid (FAD) je prostetická skupina, která se účastní několika vnitrobuněčných oxidačně-redukčních reakcí. Během katalytického cyklu enzymu sukcinátdehydrogenázy přijímá FAD dva elektrony ze sukcinátu, čímž vzniká fumarát jako produkt. Protože je FAD pevně vázán na enzym, reakce se někdy zobrazuje takto
sukcinát + E-FAD → fumarát + E-FADH 2
kde E-FAD znamená enzym pevně vázaný na prostetickou skupinu FAD. Při této reakci se koenzym FAD redukuje na FADH 2 a po celou dobu zůstává pevně vázán na enzym. Než může enzym katalyzovat oxidaci další molekuly sukcinátu, musí být dva elektrony, které nyní patří E-FADH 2, přeneseny na další akceptor elektronů, ubichinon. Regenerovaný komplex E-FAD pak může oxidovat další molekulu sukcinátu.
Kosubstráty jsou volně vázané koenzymy, které enzymy vyžadují ve stechiometrickém množství. Molekula nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) působí jako kosubstrát v oxidačně-redukční reakci, kterou katalyzuje malátdehydrogenáza, jeden z enzymů cyklu kyseliny citronové.
malát + NAD + → oxaloacetát + NADH
| VITAMÍNY A KOENZYMY | |||
| Vitamin | Koenzym | Typ reakce | Třída koenzymu |
| ZDROJ: Horton, H. R., et al. (2002). Principles of Biochemistry , 3. vydání. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. | |||
| B 1 (thiamin) | TPP | Oxidační dekarboxylace | Protetická skupina |
| . B 2 (Riboflavin) | FAD | Oxidace/Redukce | Protetická skupina |
| B 3 (Pantothenate) | CoA – Koenzym A | Přenos acylové skupiny | Kosubstrát |
| B 6 (pyridoxin) | PLP | Přenos skupin na aminokyseliny a z aminokyselin | Protetická skupina |
| B 12 (kobalamin) | 5-deoxyadenosylkobalamin | Intramolekulární přeskupení | Protetická skupina |
| Niacin | NAD + | Oxidace/redukce | Kosubstrát |
| Kyselina listová | Tetrahydrofolát | Přenos jedné uhlíkové skupiny | Protetická skupina |
| Biotin | Biotin | Karboxylace | Protetická skupina |
Při této reakci, malát a NAD+ difundují do aktivního místa malátdehydrogenázy. Zde NAD + přijme dva elektrony z malátu; oxaloacetát a NADH pak difundují z aktivního místa ven. Redukovaný NADH se pak musí vrátit do formy NAD +. Pro každý katalytický cyklus je zapotřebí „nová“ molekula NAD +, má-li reakce proběhnout; je tedy zapotřebí stechiometrické množství kosubstrátu. Redukovaná forma tohoto koenzymu (NADH) je přeměněna zpět na oxidovanou formu (NAD + ) prostřednictvím řady současně probíhajících procesů v buňce a regenerovaný NAD + se pak může účastnit dalšího kola katalýzy.
Koenzymy jsou tedy typem kofaktoru. Jsou to malé organické molekuly, které se pevně (prostetické skupiny) nebo volně (kosubstráty) vážou na enzymy, když se účastní katalýzy.