コア コンセプト
この記事では、酵素補因子の 3 つの主なグループである金属イオン、共基質、および補欠分子族の機構と重要性を探ります。
補因子による酵素触媒作用
生物系における酵素の重要性を誇張することは困難です。タンパク質合成、DNA 複製、代謝など、細胞が行うほとんどすべての機能は、酵素によって触媒される化学反応に依存しています。酵素がなければ、これらのプロセスは、生命が存在するのに十分な速さでも正確さでも発生しません。酵素が果たす機能は多種多様であるため、細胞は多種多様な酵素の構造と機能を必要とします。
細胞の一連の酵素の機能を高めるために、多くの酵素触媒経路は非タンパク質成分の存在に依存しています。生化学者は、これらの成分を「補因子」と呼びます。これには金属イオンが含まれ、「補酵素」は補基質と補欠分子族を指します。補因子の各タイプは、反応を化学的に変更するのに役立ち、ほとんどの場合、かけがえのない役割を果たす傾向があります。補因子に依存する反応では、補因子が存在しなくても、酵素は不活性な「アポ酵素」になる可能性があります。補因子と接触すると、これらの酵素複合体は完全に活性な「ホロ酵素」になります。
酵素補因子:金属イオン
多くの酵素は、それぞれの化学反応を触媒するために活性部位に金属イオンを必要とします。これらの金属イオンは、多くの場合、不安定な荷電基の安定化に役立つか、酸化還元反応に関与します。これらの金属は酵素触媒作用において非常に重要な役割を果たしているため、微量のこれらの金属が多くの生物の食事の重要な部分を形成しています。さらに、特定の他の金属は、酵素作用の影響により毒性効果を持つ可能性があります。注目すべき例としては、Cd と Hg があり、これらは陽イオンに依存する酵素で Zn を置き換えることができます。しかし、Cd と Hg は同じ触媒効果を持たないため、酵素の機能不全を引き起こし、これらのイオンを摂取する生物の健康に悪影響を及ぼします。
おそらく、酵素と金属の関係の最も重要な例は、DNA ポリメラーゼと Mg の関係です。具体的には、DNA ポリメラーゼは、DNA ヌクレオチド間のホスホジエステル結合の形成、および鎖間の塩基対水素結合の形成を触媒します。これを効率的に行うために、酵素は DNA 鎖の骨格を形成する高度に負に帯電したリン酸を安定化させる必要があります。マグネシウムカチオンは、これらのグループを反対の電荷で安定化させ、構造的な損傷や鎖のねじれなしで DNA 合成を可能にします。
酵素補因子:共基質
金属イオンとは別に、酵素は、基質間の反応を触媒するのを助けるために、いくつかの有機分子にも依存している可能性があります。生化学者は、これらの有機分子を説明するために「補酵素」という用語を使用します。 「補基質」と呼ばれる特定の種類の補酵素は、酵素に化学的に結合しているのではなく、酵素の環境に一時的に浮遊しています.さらに、他のタイプの補因子とは異なり、補基質は酵素の活性部位に結合し、基質とともに反応に参加します。酵素触媒作用は、最終的に補基質を「消費」します。これは、補基質が化学的に修飾され、さらなる反応に参加するためにそれを再生するために他の反応に参加しなければならないことを意味します.
ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド (NADH) およびフラビンアデニンジヌクレオチド (FADH2 ）は、細胞呼吸への関与により、真核生物で最も重要な共基質の一部として機能します。具体的には、解糖とクエン酸回路では、それらの酸化型 (NAD と FAD) は、グルコースを化学的に修飾するため、酵素によって還元されます。次に、電子伝達系の間に、還元された補基質 (NADH および FADH2 ) 酸化します。重要なことに、これは酸化的リン酸化を介して ATP の合成を促進します。もちろん、これらの新たに酸化された形態は、その後再還元されて、さらなる細胞呼吸に力を与えることができます. NADH と FADH2 活性化と不活性化の両方が酵素経路で目的を果たす共基質の良い例です.
酵素補因子:補欠分子族
自由に存在するのではなく、酵素に直接結合する補酵素も存在します。生化学者はこれらの補酵素を「補欠分子族」と呼び、酵素のタンパク質と強い共有結合を持つ傾向があります。補助基質と同様に、補欠分子族は触媒活性になるために再生を必要とします。ただし、補基質とは異なり、この再生は、別の酵素が関与する二次反応を必要とするのではなく、酵素反応全体で発生します。
重要な補欠物質の一例は、多くの異なる酵素に関連するヘム基です。具体的には、ヘム基は、有機構造に埋め込まれた Fe イオンを含みます。このグループは、重要な酸化還元反応の触媒を助けるため、酸化還元酵素と関連する傾向があります。さらに、ヘム基は、ヘム基が輸送のために酸素に結合するヘモグロビンなどの非酵素タンパク質で目的を果たします。
