Kofaktorius: apibrėžimas, tipai ir reikšmė fermentų aktyvumui

Sužinokite, kas yra kofaktoriai ir kofermentai, jų tipai (organiniai, metalai), kaip vitaminai veikia kaip kofaktoriai ir kodėl tai būtina fermentų aktyvumui.

Autorius: Leandro Alegsa

29-09-2025 22:11

Kofaktorius (arba kofaktorius) yra cheminis junginys, kuris nėra baltymas, bet yra prijungtas prie baltymo. Šis junginys reikalingas baltymo biologiniam aktyvumui. Dažniausiai baltymas yra fermentas, o kofaktorius padeda fermentui veikti. Kofaktoriai dažnai dalyvauja substrato atpažinime, elektronų arba grupių pernašoje arba stabilizuoja reakcijos perėjimo būseną — be jų fermentas gali būti neaktyvus arba ženkliai sumažinusio aktyvumo.

Kofaktoriai, kurie yra sudėtingos organinės molekulės, dažnai vadinami kofermentais. Jei jie sujungti kovalentiniu ryšiu, tai yra protezinė grupė (arba prostetinė grupė) — tokia grupė dažniausiai lieka fermento struktūroje ilgam arba visam jo eksistavimo laikui. Tačiau jei jos tik laikinai sujungtos, tuomet kofaktorius yra kosubstratas — jis prisijungia, atlieka pernašos funkciją (pvz., elektronų ar cheminių grupių pernašą) ir vėliau atsipalaiduoja bei yra regeneruojamas kitame reakcijos etape. Pavyzdžiui, NAD+ dažniausiai veikia kaip kosubstratas (regeneruojamas redoks cikluose), o FAD gali būti tvirtai surištas kaip prostetinis grupės komponentas.

Kai kuriems fermentams reikia kelių kofaktorių. Organiniai kofaktoriai dažnai yra vitaminai arba iš jų pagaminti produktai: tai B grupės vitaminų dariniai, tokie kaip NAD+/NADP+ (niacinas), FAD ir FMN (riboflavinas), kofermentas A (pantoteno rūgštis), piridoksalfosfatas (B6), tiamin pirofosfatas (B1), biotinas, folatai ir kt. Metalų jonai taip pat dažnai yra kofaktoriai — pavyzdžiui, Mg2+ padeda ATP-dependentiškiems fermentams, Zn2+ yra karbonatų anhidrazės ir alkoholdehidrogenazės aktyvumo dalis, geležies ir geležies-sieros (Fe–S) klasteriai dalyvauja elektronų pernešoje. Daugelis kofaktorių turi ir neorganinių, ir organinių dalių (pvz., metalai prijungti prie organinių grupių metalo centrinėse struktūrose).

Kofaktorių tipai

Metalų jonai — Mg2+, Mn2+, Zn2+, Fe2+/Fe3+, Cu2+ ir kt.; svarbūs katalizės centre arba substratų stabilizavimui.
Organiniai kofermentai — vitaminų dariniai (NAD+, NADP+, FAD, FMN, CoA, PLP, TPP, biotinas, folatai, lipoamidas).
Prostetinės grupės — tvirtai arba kovalentiškai prijungtos organinės molekulės (pvz., FAD kai kuriuose dehidrogenazuose).
Kosubstratai — laikinai prisijungiantys kofermentai (pvz., NAD+ kaip elektronų akceptorius), kurie po reakcijos regeneruojami.
Holoenzimai ir apoenzimai — fermentas kartu su kofaktoriumi sudaro holoenzimą, o be kofaktoriaus esantis baltymas yra apoenzimas.

Kaip kofaktoriai veikia fermentų aktyvumą

Vykdo elektronų pernašą (redoks reakcijose) — pvz., NAD+/NADH, FAD/FADH2.
Perneša chemines grupes (acetilavimas, metilinimas, karboksilinimas) — pvz., kofermentas A perneša acilines grupes.
Stabilizuoja substratų padėtį fermento aktyviojoje vietoje, mažina energetinį barjerą ir taip skatina reakciją.
Veikia kaip rūgšties/bazinės katalizės dalis arba dalyvauja koordinuojant metalus katalizės centre.
Reguliuoja fermentų aktyvumą — kai kurie kofaktoriai taip pat dalyvauja signalizacijoje arba metabolinių kelių reguliavime.

Klininė ir praktinė reikšmė

Kofaktorių trūkumas gali sukelti rimtų medžiagų apykaitos sutrikimų ir ligų. Dažnai vitaminų trūkumas mažina atitinkamų kofermentų prieinamumą ir dėl to sutrinka fermentų veikla. Pvz., tiamino stoka (TPP) paveikia energijos gamybą nervų audiniuose, niacino stoka (NAD+) sukelia pellagrą. Taip pat kai kurios terapijos taiko kofaktorių ar metalų mainus arba blokuoja kofaktorių prisijungimą prie fermentų — tai svarbu antibiotikų, priešvėžinių vaistų ir kitų inhibitorių kūrime.

Biotechnologijoje ir pramonėje kofaktorių supratimas leidžia optimizuoti fermentines reakcijas (pavyzdžiui, papildant reakcijos terpę reikiamais jonais ar kofermentais), kurti modifikuotus fermentus su pakeistu kofaktorių poreikiu arba naudoti kofermentų analogus specialistinėms katalizėms.

Santrauka: kofaktoriai — tiek metalai, tiek organinės molekulės — yra būtinos daugeliui fermentų veikti efektyviai. Jie atlieka įvairias funkcijas: nuo elektronų ir grupių pernašos iki reaktyvių centrų formavimo ir reguliavimo. Žinojimas apie kofaktorius yra svarbus tiek fundamentinei biochimijai, tiek medicinai ir pramoniniams taikymams.

Paprastas [Fe2 S2 ] klasteris, kuriame yra du geležies ir du sieros atomai, koordinuojami keturių baltymų cisteino liekanų

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra kofaktorius?

Atsakymas: Kofaktorius yra cheminis junginys, kuris yra prijungtas prie baltymo ir yra būtinas baltymo biologiniam aktyvumui.

K: Koks kofaktoriaus vaidmuo?

A: Kofaktoriaus vaidmuo - padėti fermentui atlikti jo biologinę veiklą.

K: Kaip dar vadinami kofaktoriai, kurie yra sudėtingos organinės molekulės?

A: Kofaktoriai, kurie yra sudėtingos organinės molekulės, dar vadinami kofermentais.

K: Kuo skiriasi prostetinė grupė nuo kosubstrato?

A: Kofaktorius yra protezinė grupė, jei jis yra sujungtas su baltymu kovalentiniu ryšiu, o kosubstratas, jei jis yra laikinai sujungtas su baltymu.

K: Kokio tipo molekulės gali būti kofaktoriais?

A: Kofaktoriai gali būti organinės molekulės, dažnai vitaminai arba iš vitaminų gauti produktai, ir neorganiniai metalų jonai.

K: Ar kai kurie fermentai priklauso nuo kelių kofaktorių?

A: Taip, kai kuriems fermentams, kad jie tinkamai veiktų, reikia kelių kofaktorių.

K.: Ar kofaktorius gali sudaryti ir organinės, ir neorganinės molekulės?

A: Taip, daugelį kofaktorių sudaro ir neorganinės, ir organinės dalys.

Ieškoti