辅酶
一类有机辅助因子的总称
辅酶是一大类有机
辅助因子
的总称,是
酶催化
氧化还原反应
、基团转移和异构反应的必须因子。它们在
酶催化反应
中承担传递电子、原子或基团的功能。辅酶也可以被视为第二底物,因为在
催化反应
发生时,辅酶发生的化学变化与底物正好相反。
定义
与
酶蛋白
结合疏松,用
透析法
容易与蛋白部分分开的
有机小分子
。
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,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
。(辅酶不可以被叫做
催化剂
)
常见辅酶
硫胺素
即
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,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
(
NADP
)。
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。
辅酶I
(NAD)
化学名为烟酰胺
腺嘌呤
二核甘酸或二
磷酸
烟苷,在
哺乳动物
体内存在氧化型(NAD+)和还原型(
NADH
)两种状态,是人体氧化还原反应中重要的辅酶。同时,它是NAD+依赖型ADP核
糖基转移酶
的唯一底物,这类酶在体内主要有三种:1.ADP
核糖
基转移酶或聚核糖基聚合酶(
PARP
);2.环ADP核糖合成酶(cADPR synthases) ;3.III蛋白型
赖氨酸
去乙酰化酶Sirtuins。这类酶将
辅酶I
(NAD+)作为底物分解成ADP核糖和烟酰胺(Nam),在不同细胞中发挥不同
生理功能
。
核黄素
即
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
,如铁或钼离子等。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
吡哆醛
、
吡哆胺
和
吡哆醇
总称为
维生素B6
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
最初作为酵母的
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B12
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。
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
的
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
、
谷胱苷肽
、
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
的
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
的
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+、
Zn
2+、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
对
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。
主要的作用
1. 抗
心肌缺血
作用。
2. 增加
心输出量
,降低
外周阻力
,有助于抗
心衰
作用,
醛固酮
的合成与分泌有
抑制作用
并干扰其对
肾小管
的效应。
3. 抗
心律失常
作用。
4. 使
外周血管阻力
下降。
5. 能激活
人体细胞
和细胞能量的营养,具有提高人体免疫力、增强抗氧化、
延缓衰老
和增强人体活力。此外,还有抗
阿霉素
的
心脏毒性作用
及保肝等作用。
参考资料
最新修订时间:2024-08-19 16:15
条目作者
小编
资深百科编辑
目录
概述
定义
常见辅酶
参考资料
Copyright©2024
闽ICP备2024072939号-1