Коензим А - Біологія

Кофермент А (також Кофермент А, короткий CoA або ГОТІВКА) - кофермент, який використовується для "активації" алканових кислот та їх похідних та бере участь в енергетичному обміні.

коензим

Це ацильна група в ацилтрансферазах (E.C. 2.3.N.N.) та CoA трансферазах (E.C. 2.8.3.N).

Вперше ізоляція була досягнута німецьким біохіміком, а згодом лауреатом Нобелівської премії Федором Линеном у формі ацетил-коферменту А («активована оцтова кислота») з клітин дріжджів. Через два роки структуру прояснили Джеймс Бадділі з Британського інституту превентивної медицини і Фріц Альберт Ліпман з Гарвардського університету.

структура

Молекула коферменту А складається з декількох компонентів: до них належать нуклеотид (аденозиндифосфат, АДФ), вітамін (пантотенова кислота, вітамін В5) та амінокислота (цистеїн), які зв’язуються під час синтезу в організмі, а потім злегка бути модифікованим.

Детально, готовий кофермент А складається з цистеаміну (також тіоетаноламіну) (5), β-аланін (4-й), Пантоєва кислота (2,4-дигідрокси-3,3-диметил-бутанова кислота) (3), Дифосфат (2) і 3'-фосфорильований аденозин (1).

β-аланін (4-й) і пантоєвої кислоти (3) разом також називаються пантотеновою кислотою. Якщо врахувати це разом із цистеаміном (5) говориться про Пантетей (5+4-й+3). 3'-фосфо-аденозин можна розуміти разом з дифосфатом як 3'-фосфо-аденозин-дифосфат. Відповідно до цього, кофермент А складається з пантетеїну та 3'-фосфо-АДФ.

біосинтез

Синтез в організмі тварин починається з незамінної пантотенової кислоти, до якої спочатку за допомогою пантотенат-кінази зв’язується фосфорильна група, а потім за допомогою фосфопантотенат-цистеїнової лігази цистеїн. Після того, як цистеїн декарбоксилюється до цистеаміну за допомогою фосфопантотеноилцистеиндекарбоксилази, до фосфатної групи приєднується аденозинмонофосфат (АМФ) і, нарешті, аденозин фосфорилюється в 3'-ОН групі. Останні два етапи каталізуються різними доменами коферменту синтази.

Детальні процеси під час синтезу, включаючи структурні формули, див. У розділі Веб-посилання.

функція

Коензим А здатний проникати у високоенергетичні сполуки через SH-групу (тіолову групу) цистеамінової частини. Він потрапляє в ці сполуки з карбоксильними групами (-COOH) алканової та жирної кислот, утворюючи так звані тіоефірні зв’язки.

Коензим А бере безпосередню участь - як ацил-КоА - у метаболізмі жирів, а опосередковано - як ацетил-КоА - у вуглеводному та білковому метаболізмі.

Кажуть, що кофермент А активує партнерів, що зв'язуються, утворюючи високоенергетичний тіоефірний зв'язок, оскільки лише тоді вони можуть вступати в певні хімічні реакції в організмі з достатньою швидкістю. Без коферменту А партнери, що зв’язують, були б значно менш реактивними.

Ацетил-КоА

Ацетил-кофермент А (коротше ацетил-КоА) - це «активований» залишок оцтової кислоти (CH3CO-). Це пов'язано з SH-групою цистеамінової частини коферменту А.

Ацетил-КоА виробляється в організмі під час кількох обмінних процесів:

З одного боку, через так зване окисне декарбоксилювання пірувату, яке, в свою чергу, відбувається як кінцевий продукт гліколізу, але також через розпад амінокислот (таких як L-аланін). Окисне декарбоксилювання пірувату відбувається в мітохондрії. Там ферментний комплекс піруватдегідрогенази каталізує відщеплення вуглекислого газу СО2 (карбоксильна група відщеплюється, отже, «декарбоксилювання») і одночасно зв’язок залишку ацетильного залишку з групою SH коензиму А. Спочатку центральний атом вуглецю пірувату окислюється ( тому "окислювальний").

Крім того, ацетил-КоА утворюється при розщепленні жирних кислот в процесі β-окислення. Тут два атоми вуглецю у формі ацетил-КоА відщеплюються від жирної кислоти один за одним. Отже z. Б. при розщепленні пальмітинової кислоти з 16 атомами вуглецю в контексті β-окислення восьми молекул ацетил-КоА. Цей процес також відбувається в матриці мітохондрій.

Утворений ацетил-КоА може бути повністю розщеплений в мітохондрії за допомогою циклу лимонної кислоти та дихального ланцюга до СО2 та Н2О або може бути використаний знову для синтезу високоенергетичних сполук, таких як тригліцериди, кетонові тіла або холестерин. Деякі з цих анаболічних процесів відбуваються в цитозолі (наприклад, синтез жирних кислот), але ацетил-КоА не може легко покинути мітохондрію, і шляхи транспортування довшеланцюгових карбонових кислот (див. Нижче) також перекриті. Тому для транспортування ацетил-КоА з мітохондрії в цитозоль існує спеціальна транспортна система, так званий цитратний човник.

Ацил-КоА

Ацил-кофермент А (коротше ацил-КоА) - це назва «активованої» жирної кислоти. Аналогічно ацетил-КоА, замість ацетильного залишку залишок жирної кислоти - ацильний залишок - зв’язаний із групою SH.

Ацил-КоА бере участь у розщепленні жирних кислот (β-окислення), зв'язуючи жирні кислоти. У процесі синтезу в організмі жирних кислот структурно пов’язана протетична група синтази жирних кислот - звана ацильним білком-носієм (коротко АКП) - виконує роль коферменту А.

Ацил-КоА утворюється ферментом ацил-КоА-синтетазою (також званою тіокіназою), що знаходиться в цитозолі. Спочатку вільна жирна кислота на карбоксильній групі (-COOH) реагує з АТФ, розщеплюючи дифосфат. Утворюється так званий ациладенілат. Потім енергія цього зв’язку використовується для етерифікації коферменту А жирною кислотою, тим самим розщеплюючи АМФ. Обидві стадії каталізуються тіокіназою.

Для розщеплення жирних кислот ацил-КоА повинен транспортуватися в мітохондрії. Як і ацетил-КоА, ацил-КоА не може самостійно перетнути внутрішню мітохондріальну мембрану і переноситься в L-карнітин для транспортування. Від цього виду транспорту, відомого як ацилкарнітин, ацильний залишок у мітохондріях переноситься назад до коферменту А, так що ацил-КоА знову присутній.

Пропіоніл-КоА

Пропіоніл-КоА кілька разів виробляється в процесі метаболізму. Найвідоміший спосіб - розщеплення (β-окислення) непарних жирних кислот. Після багаторазового розщеплення одиниці двох атомів вуглецю у формі ацетил-КоА на кінці залишається одиниця з трьох атомів вуглецю у формі пропіоніл-КоА. Пропіоніл-КоА також утворюється при розщепленні жирних кислот з метильними гілками. Це також стосується розпаду розгалуженого бічного ланцюга холестерину, який відбувається під час біосинтезу жовчних кислот - пропіоніл-КоА також відщеплюється. Дуже важливим джерелом пропіоніл-КоА є розщеплення амінокислот ізолейцин, валін та метіонін та основний шлях розпаду треоніну. [1]

Пропіоніл-КоА перетворюється на сукциніл-КоА, який потім може входити в цикл лимонної кислоти і сприяти її поповненню. Для цього пропіоніл-КоА спочатку перетворюється в D-метилмалоніл-КоА за допомогою біотин-залежної пропіоніл-КоА карбоксилази. Потім метилмалоніл-КоА епімераза [2] генерує L-ізомер. Це, в свою чергу, перетворюється в сукциніл-КоА за допомогою метилмалоніл-КоА мутази, функція якої залежить від кобаламіну. [3]

Пропіоніл-КоА також відіграє роль у синтезі жирних кислот. Утворення непарних жирних кислот починається з пропіоніл-КоА. Метилові гілки в ланцюзі жирних кислот можуть генеруватися шляхом подовження ланцюга за допомогою метилмалоніл-КоА, який виробляється з пропіоніл-КоА за допомогою пропіоніл-КоА карбоксилази. [4]