辅酶

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辅酶(coenzyme)是一类可以将化学基团从一个酶转移到另一个酶上的有机小分子,与

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酶较为松散地结合,对于特定酶的活性发挥是必要的。有许多维他命及其衍生物,如核黄素硫胺素叶酸,都属于辅酶。 这些化合物无法由人体合成,必须通过饮食

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补充。不同的辅酶能够携带的化学基团也不同:NAD或NADP+携带氢离子,辅酶A携带乙酰基,叶酸携带甲酰基,S-腺苷基蛋氨酸也可携带甲酰基。

由于辅酶在酶催化反应中其化学组分发生了变化,因此可以认为辅酶是一种特殊的底物或者称为“第二底物”。这种所谓的第二底物可以被许多酶所利用。例如,目前已知有约七百种酶可以利用辅酶NADH进行催化。

在细胞内,反应后的辅酶可以被再生,以维持其胞内浓度在一个稳定的水平上。例如,NADPH可以通过磷酸戊糖途径和甲硫氨酸腺苷基转移酶作用下的S-腺苷基蛋氨酸来再生。由于辅酶的再生对于维持酶反应体系的稳定是必要的,因此,辅酶再生系统获得了大量的实验室以及工业应用。  

目录

常见的辅酶

硫胺素 

维生素B1。它在生物体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸 (TPP)(图1[硫胺素焦磷酸(TPP)的结构式])。

硫胺素焦磷酸过去也称为辅羧酶。它在动物糖代谢中起着重要作用,例如丙酮酸在脱羧作用时需要它。在TPP缺少的情况下,代谢中间物丙酮酸不能顺利脱羧会积聚于血液和组织中而出现神经炎症状。TPP 还是其他酶例如 -酮酸氧化酶转酮醇酶的辅酶。TPP催化的酶反应还需要有镁离子的存在。  

烟酰胺

是一系列酶类的辅酶的前体

很早就知道烟酰胺可以防止糙皮病。1904年已知酒精发酵时不能缺少一种叫辅酶Ⅰ的物质,1933年这种辅酶Ⅰ被分离出来。1934年德国生化学家O.瓦尔堡又分离出一个与辅酶Ⅰ相近似的物质,称为辅酶Ⅱ,并证实了烟酰胺是这两种辅酶的组成部分,现在已经弄清楚辅酶Ⅰ的化学组成是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD),辅酶Ⅱ的化学组成为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAD)。

以NAD(和NADP(为辅酶的酶,称为吡啶核苷酸(或烟酰胺核苷酸)连接的脱氢酶。这些酶催化细胞内的氧化还原反应。一般说来,与NAD(相连的脱氢酶类通常与呼吸过程有关,而与NADP(相连的则与生物合成反应有关。  

核黄素

维生素B2。参与组成两种辅酶,是细胞内的氧化还原系统的主要成分,它们是黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。

FMN和FAD是一系列黄素连接的氧化还原酶或称为黄素蛋白类的辅酶,从它们与酶蛋白结合紧密的程度来说,也可认为是辅基。这些酶中有的除了FMN或FAD外,还需要一些金属辅助因子,如铁或离子等。因此它们被称为金属黄素蛋白。这些酶催化一系列可逆或不可逆的细胞中的氧化还原反应。  

吡哆醛及其衍生物

吡哆醛、吡哆胺和吡哆醇总称为维生素B6(图3[维生素的结构式]的结构式" class=image>)。维生素B6参与形成两种辅酶,即吡哆醛磷酸和吡哆胺磷酸。

需要吡哆醛磷酸或吡哆胺磷酸作为辅酶的酶在氨基酸代谢中特别重要,催化转氨、脱羧以及消旋作用等。  

生物素

作为一些酶的辅基而起辅因子作用。它以共价键的形式通过酰胺键和脱辅基酶蛋白的一个专一赖氨酰残基的ε- 氨基相连。ε-N-生物素酰-L-赖氨酸称为生物胞素(biocytin) (图4[生物素作为辅基的形式])。

需要生物素的酶类能催化二氧化碳的参入 (羧化作用)或转移,因而生物素和二氧化碳的固定密切相关。在羧化作用时还需要腺苷三磷酸(ATP)和镁离子的存在,此外生物素在蛋白质生物合成中以及转氨基作用中也起着重要作用。  

泛酸

最初作为酵母生长因子被分离出来。由于在生物中广泛存在,因而被称为泛酸。泛酸的辅酶形式是辅酶A(CoA或CoASH),是酶促乙酰化作用的辅助因子(图5[辅酶A的结构式]),在生物学上的重要性是作为酰基的载体或供体,在代谢上尤其是脂肪酸的代谢上甚为重要。  

叶酸 

由于最早是从菠菜叶中被分离出来,故名。

叶酸的辅酶形式是四氢叶酸(图6[四氢叶酸的结构式]),它作为酶促转移一碳基团(如甲酰基等)的中间载体而在嘌呤类、丝氨酸甘氨酸和甲基基团的生物合成中起作用。此外,叶酸在核蛋白的生物合成上也是不可缺少的。  

维生素12 

在20年代已经发现给病人吃动物的肝能治疗恶性贫血,说明肝中有一种因子对恶性贫血有效。现在维生素B12已经被分离提纯并且结构也已弄清。维生素B12的结构中有一个咕啉(corrin)环系统,并且含有钴离子及氰基(CN),故又称氰钴胺素。纯净的维生素B12溶液呈红色,这也是一般钴化合物的特征。作为辅酶时,维生素B12中的CN被5'-脱氧腺苷基团所代替,称为辅酶B12。这是一个不稳定的化合物,当有氰化物存在或暴露于光照下即转变为维生素B12。如以5'-脱氧腺苷基代替式中的黑体-CN基,就是辅酶B12的结构式。  

意义

维生素B族辅酶

在几种重要的代谢反应中起作用。在二羧酸的异构作用中,例如在谷氨酸转化为甲基天冬氨酸酶促反应中,在乙二醇和甘油转化为醛类,生物合成甲基基团以及核苷的合成中需要辅酶B12

其他重要辅酶 除了 B族维生素成员组成了大部分重要的辅酶以外,在生物化学上重要的还有辅酶Q、谷胱苷尿苷二磷酸葡糖(UDPG)、维生素K族等。  

其他重要的辅酶

1、辅酶Q(CoQ) 辅酶 Q是生物体内广为分布的一类醌类物质,又称为泛醌。存在于线粒体内膜中,是生物氧化呼吸链中的一个不可缺少的氢递体,具有重要的生理意义。辅酶 Q侧链异戊二烯单位的长度对于不同的生物种可以是不同的。

2、谷胱甘肽(Glutathion) 谷胱甘肽是一个小分子量的胞内三肽,即γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰甘氨酸在大多数生物细胞中,谷胱甘肽的主要作用是保护一些蛋白质巯基以维持它们在还原状态。谷胱甘肽还在生物体内产生的过氧化氢还原上起一定作用,但这些都不是辅酶的作用。谷胱甘肽也作为一些酶的辅酶而起作用,例如它是乙二醛酶(Glyoxalase)及顺丁烯二酸单酰乙酰乙酸异构酶(Maleoylacetoacetate isomerase) 的辅酶。谷胱甘肽也是体内甲醛氧化成甲酸反应的辅酶。

3、尿苷二磷酸葡糖 (UDPG) 是核苷二磷酸糖类的一种,作为辅酶主要是在糖类合成中起作用。其他可作为辅酶的核苷二磷酸糖类有尿苷二磷酸半乳糖(UDPGal)、尿苷二磷酸甘露糖(UDPMan)等,他们在糖类合成代谢中是非常重要的。例如 UDPG 作为半乳糖-4- 表异构酶(Galactose-4-epimerase)的辅酶,在D-半乳糖的代谢中起作用:

D-半乳糖-1-磷酸+UDPG[355-04]

UDPGal+D-葡萄糖-1-磷酸

4、维生素K族 维生素K族中的某些成员可能在生物体内起某些辅酶作用。如作为辅酶在谷氨酸残基的羧化作用中的功能已获得一些线索。

5、甲基萘醌类(Menaquinone,即维生素K2类)很可能是某些细菌中使二氢乳清酸转变为乳清酸反应的酶的辅酶。  

易混淆的分类

辅酶、辅基和激活剂

根据酶催化反应最适条件的要求,原则上在酶测定体系中应加入一定量的辅助因子。辅助因子(cofactors)是指酶的活性所需要的一种非蛋白质成分,包括辅酶、辅基和金属离子激活剂。与酶紧密结合的辅因子称为辅基;不含辅基的酶蛋白称为脱辅基酶蛋白(apoenzyme),没有催化活性,必须加入足量辅基,和它结合成为全酶(holoenzyme),才有催化活性。脱辅基酶蛋白与辅基孵育一段时间后,酶活性才会恢复,因此,往往需要样品与试剂中的辅基先预孵育的过程。辅基的用量往往较少。

与酶蛋白结合很松弛,用透析和其它方法很易将它们与酶分开的称为辅酶(Coenzyme)。辅酶尽管不同于酶的底物,但在作用方式上和底物类似,在酶反应过程中与酶结合、分离及反复循环。辅酶用量的确定可将它们按底物处理。例如乳酸脱氢酶中辅酶按双底物动力学方程计算。

激活剂(activator)的化学本质是金属离子,可以是酶的活性中心,也可以通过其他机制激活酶的活性。作为激活剂的金属离子,其影响酶促反应的动力学更加复杂。最常见的是二价金属离子如Mg2+、Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+等。重金属离子大多是酶的变性剂。金属离子之间往往存在相互拮抗或相互抑制。在酶测定体系中经常加入EDTA目的是螯合一部分非必要的离子。合适的金属离子浓度是必要的,过量的离子往往抑制酶反应速度。由于激活剂的动力学往往与酶的动力学不同,这就可以解释不同的样品与反应液的比例,造成酶活性测定结果的不呈比例。N-乙酰半胱氨酸肌酸激酶的激活作用与此类似。激活剂的用量一般通过反复实验来确定。

辅酶Q-10有助于(1)保护心脏

辅酶Q-10有助于为心肌提供充足氧气,预防突发性心脏病,尤其在心肌缺氧过程中辅酶Q10发挥关键作用。

(2)促进能量转化,提升精力:

辅酶Q-10帮助把食物转化为细胞生存必需的能量(如ATP),使细胞保持最佳状态,使人感觉精力更充沛;

(3)提高免疫力,延缓衰老

辅酶Q-10是细胞自身产生的天然抗氧化剂,可阻止自由基的形成,有助于维护免疫系统的正常运作及延缓衰老;

近年来的研究表明,辅酶Q-10在预防冠心病,缓解牙周炎,治疗十二指肠溃疡胃溃疡及缓解心绞痛方面有显著效果。同时还有抗肿瘤作用,临床对于晚期转移性癌症有一定疗效。

各种辅酶在生物体正常生长发育中,发挥各种重要的作用,使生命活动有序的进行。

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