Co-enzymen zijn kleine organische moleculen die aan enzymen gekoppeld zijn en waarvan de aanwezigheid essentieel is voor de activiteit van die enzymen. Co-enzymen behoren tot de grotere groep die cofactoren wordt genoemd, waartoe ook metaalionen behoren; cofactor is de meer algemene term voor kleine moleculen die nodig zijn voor de activiteit van de bijbehorende enzymen. Het verband tussen deze twee termen is als volgt
I. Cofactoren
- Essentiële ionen
- Losjes gebonden (vormen metaal-geactiveerde enzymen)
- Nauw gebonden (vormen metalloenzymen
- Co-enzymen
- Nauw gebonden prosthetische groepen
- 2 Losjes gebonden cosubstraten
Veel co-enzymen zijn afgeleid van vitamines . Tabel 1 bevat een lijst van vitamines, de daarvan afgeleide co-enzymen, het soort reacties waarbij zij betrokken zijn, en de klasse van het co-enzym.
Prothetische groepen zijn nauw verbonden met enzymen en nemen deel aan de katalytische cycli van enzymen. Zoals elke katalysator , een enzym-prothetische groep complex ondergaat veranderingen tijdens de reactie, maar voordat het een andere reactie kan katalyseren, moet het terugkeren naar zijn oorspronkelijke toestand.
Flavin adenine dinucleotide (FAD) is een prosthetische groep die deelneemt aan verschillende intracellulaire oxidatie -reductie reacties. Tijdens de katalytische cyclus van het enzym succinaatdehydrogenase accepteert FAD twee elektronen van succinaat, waarbij fumaraat als product wordt verkregen. Omdat FAD strak aan het enzym gebonden is, wordt de reactie soms als volgt weergegeven
succinaat + E-FAD → fumaraat + E-FADH 2
waarbij E-FAD staat voor het enzym dat strak aan de FAD-prothetische groep gebonden is. Bij deze reactie wordt het co-enzym FAD gereduceerd tot FADH 2 en blijft het gedurende de hele reactie stevig aan het enzym gebonden. Voordat het enzym de oxidatie van een ander succinaatmolecuul kan katalyseren, moeten de twee elektronen die nu aan E-FADH 2 toebehoren, worden overgedragen aan een andere elektronenacceptor, ubiquinon. Het geregenereerde E-FAD-complex kan dan een ander succinaatmolecuul oxideren.
Cosubstraten zijn los gebonden co-enzymen die in stoichiometrische hoeveelheden door enzymen nodig zijn. Het molecuul nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) fungeert als cosubstraat in de oxidatie-reductiereactie die wordt gekatalyseerd door malaatdehydrogenase, een van de enzymen van de citroenzuurcyclus.
malaat + NAD + → oxaloacetaat + NADH
| VITAMINE- EN COENZYMEN | |||
| Vitamine | Co-enzym | Type reactie | Co-enzymklasse |
| BRON: Samengesteld uit gegevens in Horton, H. R., et al. (2002). Principles of Biochemistry , 3e editie. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. | |||
| B 1 (Thiamine) | TPP | Oxidatieve decarboxylering | Prosthetische groep |
| B 2 (Riboflavine) | FAD | Oxidatie/Reductie | Prosthetische groep |
| B 3 (Pantothenaat) | CoA – Co-enzym A | Oxidatieve decarboxylering | |
| Prosthetische groep | |||
| Co-enzym A | Acylgroep overdracht | Cosubstraat | |
| B 6 (Pyridoxine) | PLP | Overdracht van groepen naar en van aminozuren | Prothesegroep |
| B 12 (Cobalamine) | 5-deoxyadenosyl cobalamine | Intramoleculaire herschikkingen | Prosthetische groep |
| Niacine | NAD + | Oxidatie/Reductie | Cosubstraat |
| Foliumzuur | Tetrahydrofolaat | Overdracht van één koolstofgroep | Prothetische groep |
| Biotine | Carboxylering | Prothetische groep | |
Bij deze reactie, diffunderen malaat en NAD + in de actieve site van malaatdehydrogenase. Hier accepteert NAD+ twee elektronen van malaat; oxaloacetaat en NADH diffunderen vervolgens uit de actieve site. Het gereduceerde NADH moet vervolgens worden teruggebracht in zijn NAD+-vorm. Voor elke katalytische cyclus is een “nieuw” NAD+ -molecuul nodig om de reactie te laten plaatsvinden; er zijn dus stoichiometrische hoeveelheden van het cosubstraat nodig. De gereduceerde vorm van dit co-enzym (NADH) wordt via een aantal gelijktijdig optredende processen in de cel weer omgezet in de geoxideerde vorm (NAD + ), en het geregenereerde NAD + kan dan deelnemen aan een nieuwe katalytische ronde.
Co-enzymen zijn dus een soort cofactoren. Het zijn kleine organische moleculen die zich stevig (prothetische groepen) of losjes (cosubstraten) binden aan enzymen als zij deelnemen aan de katalyse.