I coenzimi sono piccole molecole organiche che si legano agli enzimi e la cui presenza è essenziale per l’attività di questi enzimi. I coenzimi appartengono al gruppo più ampio chiamato cofattori, che comprende anche gli ioni metallici; cofattore è il termine più generale per le piccole molecole necessarie per l’attività dei loro enzimi associati. La relazione tra questi due termini è la seguente
I. Cofattori
- Ioni essenziali
- Loosely bound (formando enzimi attivati dal metallo)
- Tightly bound (formando metalloenzimi
- Coenzimi
- Strettamente legati gruppi prostetici
- 2 Loosely bound cosubstrates
Molti coenzimi sono derivati da vitamine . La tabella 1 elenca le vitamine, i coenzimi derivati da esse, il tipo di reazioni a cui partecipano e la classe del coenzima.
I gruppi prostetici sono strettamente legati agli enzimi e partecipano ai cicli catalitici degli enzimi. Come ogni catalizzatore, un complesso enzima-gruppo prostetico subisce dei cambiamenti durante la reazione, ma prima che possa catalizzare un’altra reazione, deve tornare al suo stato originale.
La flavina adenina dinucleotide (FAD) è un gruppo prostetico che partecipa a diverse reazioni intracellulari di ossidazione-riduzione. Durante il ciclo catalitico dell’enzima succinato deidrogenasi, il FAD accetta due elettroni dal succinato, dando come prodotto il fumarato. Poiché il FAD è strettamente legato all’enzima, la reazione è talvolta rappresentata in questo modo
succinato + E-FAD → fumarato + E-FADH 2
dove E-FAD sta per l’enzima strettamente legato al gruppo prostetico FAD. In questa reazione il coenzima FAD è ridotto a FADH 2 e rimane strettamente legato all’enzima per tutto il tempo. Prima che l’enzima possa catalizzare l’ossidazione di un’altra molecola di succinato, i due elettroni ora appartenenti a E-FADH 2 devono essere trasferiti a un altro accettore di elettroni, l’ubichinone. Il complesso E-FAD rigenerato può quindi ossidare un’altra molecola di succinato.
I cosubstrati sono coenzimi vagamente legati che sono richiesti in quantità stechiometriche dagli enzimi. La molecola nicotinamide adenina dinucleotide (NAD) agisce come cosubstrato nella reazione di ossido-riduzione che è catalizzata dalla malato deidrogenasi, uno degli enzimi del ciclo dell’acido citrico.
malato + NAD + → ossalacetato + NADH
| VITAMINE E COENZIMI | ||||
| Vitamina | Coenzima | Tipo di reazione | Classe del coenzima | |
| FONTE: Compilato dai dati contenuti in Horton, H. R., et al. (2002). Principi di biochimica, 3a edizione. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. | ||||
| B 1 (Tiamina) | TPP | Decarbossilazione ossidativa | Gruppo prostetico | |
| B 2 (Riboflavina) | FAD | Ossidazione/riduzione | Gruppo prostetico | |
| B 3 (Pantotenato) | CoA – Coenzima A | Trasferimento del gruppo acilico | Cosubstrato | |
| B 6 (Piridossina) | PLP | Trasferimento di gruppi a e da amminoacidi | Gruppo prostetico | |
| B 12 (Cobalamina) | 5-deossiadenosil cobalamina | Riarrangiamenti intramolecolari | Gruppo prostetico | |
| Niacina | NAD + | Ossidazione/riduzione | Cosubstrato | |
| Acido Folico | Tetraidrofolato | Trasferimento di un gruppo di carbonio | Gruppo prostetico | |
| Biotina | Biotina | Carbossilazione | Gruppo prostetico | |
In questa reazione, il malato e il NAD + si diffondono nel sito attivo della malato deidrogenasi. Qui il NAD + accetta due elettroni dal malato; l’ossalacetato e il NADH poi si diffondono fuori dal sito attivo. Il NADH ridotto deve poi essere riportato alla sua forma NAD +. Per ogni ciclo catalitico, una “nuova” molecola di NAD + è necessaria perché la reazione avvenga; sono quindi necessarie quantità stechiometriche del cosubstrato. La forma ridotta di questo coenzima (NADH) viene riconvertita nella forma ossidata (NAD + ) attraverso una serie di processi simultanei nella cellula, e il NAD + rigenerato può quindi partecipare a un altro ciclo di catalisi.
I coenzimi, quindi, sono un tipo di cofattore. Sono piccole molecole organiche che si legano strettamente (gruppi prostetici) o liberamente (cosubstrati) agli enzimi mentre partecipano alla catalisi.