Koenzým A - biológia

Koenzým A (tiež Koenzým A, krátky CoA alebo CoASH) je koenzým, ktorý sa používa na „aktiváciu“ alkánových kyselín a ich derivátov a podieľa sa na energetickom metabolizme.

biológia

Je to acylová skupina v acyltransferázach (E.C. 2.3.N.N.) a CoA transferázach (E.C. 2.8.3.N).

Izoláciu prvýkrát dosiahol v roku 1951 nemecký biochemik a neskôr nositeľ Nobelovej ceny Feodor Lynen vo forme acetyl-koenzýmu A („aktivovaná kyselina octová“) z kvasinkových buniek. Štruktúru objasnili o dva roky neskôr James Baddiley z British Lister Institute of Preventive Medicine a Fritz Albert Lipmann z Harvardovej univerzity.

štruktúra

Molekula koenzýmu A sa skladá z niekoľkých zložiek: patrí medzi ne nukleotid (adenozíndifosfát, ADP), vitamín (kyselina pantoténová, vitamín B5) a aminokyselina (cysteín), ktoré sú v tele spojené pri syntéze a potom ľahko byť upravené.

Hotový koenzým A pozostáva podrobne z cysteamínu (tiež tioetanolamínu) (5), β-alanín (4), Kyselina pantoová (kyselina 2,4-dihydroxy-3,3-dimetylbutánová) (3), Difosforečnan (2) a 3'-fosforylovaný adenozín (1).

β-alanín (4) a kyselina pantoová (3) spolu sa tiež označujú ako kyselina pantoténová. Ak to vezmeme do úvahy spolu s cysteamínom (5) hovorí sa o Pantetheine (5+4+3). 3'-fosfoadenozín je možné chápať spolu s difosfátom ako 3'-fosfoadenozíndifosfát. Podľa toho koenzým A pozostáva z pantetheinu a 3'-fosfo-ADP.

biosyntéza

Syntéza v živočíšnom organizme začína od esenciálnej kyseliny pantoténovej, na ktorú sa najskôr viaže fosforylová skupina pomocou pantotenátkinázy a potom sa viaže cysteín pomocou fosfopantotenát cysteínligázy. Po dekarboxylácii cysteínu na cysteamín fosfopantotenoylcysteín dekarboxylázou je na fosfátovú skupinu pripojený adenozínmonofosfát (AMP) a nakoniec je adenozín fosforylovaný na 3'-OH skupine. Posledné dva kroky sú katalyzované rôznymi doménami koenzýmu A syntázy.

Podrobné procesy počas syntézy vrátane štruktúrnych vzorcov nájdete v časti Webové odkazy.

funkcia

Koenzým A je schopný vstúpiť do vysokoenergetických zlúčenín prostredníctvom skupiny SH (tiolová skupina) cysteamínovej časti. Vstupuje do týchto zlúčenín s karboxyskupinami (-COOH) alkánových a mastných kyselín za vzniku takzvaných tioesterových väzieb.

Koenzým A sa priamo podieľa - ako acyl-CoA - na metabolizme tukov a nepriamo - ako acetyl-CoA - na metabolizme uhľohydrátov a bielkovín.

Hovorí sa, že koenzým A aktivuje väzobných partnerov tvorbou vysokoenergetickej tioesterovej väzby, pretože iba vtedy sú schopné dostatočnou rýchlosťou vstúpiť do určitých chemických reakcií v tele. Bez koenzýmu A by väzobní partneri boli výrazne menej reaktívni.

Acetyl-CoA

Acetyl-koenzým A (skrátene acetyl-CoA) je „aktivovaný“ zvyšok kyseliny octovej (CH3CO-). To je viazané na SH skupinu cysteamínovej časti koenzýmu A.

Acetyl-CoA sa produkuje v tele počas niekoľkých metabolických procesov:

Na jednej strane takzvanou oxidatívnou dekarboxyláciou pyruvátu, ktorá zasa vzniká ako konečný produkt glykolýzy, ale tiež rozkladom aminokyselín (napríklad L-alanínu). Oxidačná dekarboxylácia pyruvátu prebieha v mitochondriách. Tam komplex enzýmu pyruvát dehydrogenáza katalyzuje štiepenie oxidu uhličitého CO2 (karboxylová skupina sa štiepi, teda „dekarboxylácia“) a súčasne sa spája zvyšný acetylový zvyšok so skupinou SH koenzýmu A. Oxiduje sa pôvodne centrálny atóm uhlíka pyruvátu ( teda „oxidačný“).

Okrem toho sa acetyl-CoA vytvára, keď sa v priebehu β-oxidácie rozkladajú mastné kyseliny. Tu sa dva mastné atómy vo forme acetyl-CoA štiepia jeden za druhým z mastnej kyseliny. Takže z. B. v odbúravaní kyseliny palmitovej so 16 atómami uhlíka v súvislosti s β-oxidáciou osem molekúl acetyl-CoA. Tento proces prebieha aj v mitochondriálnej matici.

Vytvorený acetyl-CoA sa môže v mitochondriách úplne rozdeliť cyklom kyseliny citrónovej a dýchacím reťazcom na CO2 a H20 alebo sa môže znova použiť na syntézu vysokoenergetických zlúčenín, ako sú triglyceridy, ketolátky alebo cholesterol. Niektoré z týchto anabolických procesov prebiehajú v cytosole (napr. Syntéza mastných kyselín), ale acetyl-CoA nemôže ľahko opustiť mitochondriu a sú blokované aj transportné cesty pre karboxylové kyseliny s dlhším reťazcom (pozri nižšie). Na transport acetyl-CoA z mitochondrie do cytosolu preto existuje špeciálny transportný systém, takzvaný citrátový raketoplán.

Acyl-CoA

Acyl-koenzým A (skrátene acyl-CoA) je názov „aktivovanej“ mastnej kyseliny. Analogicky k acetyl-CoA je namiesto acetylového zvyšku naviazaný na skupinu SH zvyšok mastnej kyseliny - acylový zvyšok.

Acyl-CoA sa podieľa na odbúravaní mastných kyselín (β-oxidácia) väzbou mastných kyselín. Pri syntéze mastných kyselín v tele preberá úlohu koenzýmu A štrukturálne príbuzná protetická skupina syntázy mastných kyselín - nazývaná acylový nosičový proteín (skrátene ACP).

Acyl-CoA je tvorený enzýmom acyl-CoA syntetázou (nazývaný tiež tiokináza), ktorý prebieha v cytosole. Najskôr voľná mastná kyselina na karboxylovej skupine (-COOH) reaguje s ATP a štiepi difosfát. Vytvorí sa takzvaný acyladenylát. Energia tejto väzby sa potom použije na esterifikáciu koenzýmu A s mastnou kyselinou, čím sa odštiepi AMP. Oba kroky sú katalyzované tiokinázou.

Na odbúranie mastných kyselín sa musí acyl-CoA transportovať do mitochondrií. Rovnako ako acetyl-CoA, acyl-CoA nemôže sám prechádzať cez vnútornú mitochondriálnu membránu a je transportovaný na L-karnitín. Z tejto formy transportu, ktorá sa nazýva acylkarnitín, sa acylový zvyšok v mitochondriách prenáša späť na koenzým A, takže je opäť prítomný acyl CoA.

Propionyl-CoA

Propionyl-CoA sa viackrát vytvára v metabolizme. Najznámejším spôsobom je štiepenie (β-oxidácia) nepárnych mastných kyselín. Po opakovanom štiepení jednotky dvoch atómov uhlíka vo forme acetyl-CoA zostáva na konci jednotka troch atómov uhlíka vo forme propionyl-CoA. Propionyl-CoA sa vytvára aj pri štiepení mastných kyselín s metylovými vetvami. To platí aj pre odbúravanie rozvetveného bočného reťazca cholesterolu, ku ktorému dochádza pri biosyntéze žlčových kyselín - štiepi sa tiež propionyl-CoA. Veľmi dôležitým zdrojom propionyl-CoA je štiepenie aminokyselín izoleucín, valín a metionín, ako aj hlavná cesta štiepenia treonínu. [1]

Propionyl-CoA sa premieňa na sukcinyl-CoA, ktorý potom môže vstúpiť do cyklu kyseliny citrónovej a prispieť k jeho doplneniu. Na tento účel sa propionyl-CoA najskôr prevedie na D-metylmalonyl-CoA pomocou propionyl-CoA karboxylázy závislej na biotíne. Metylmalonyl-CoA epimeráza [2] potom generuje L-izomér. To sa zase prevedie na sukcinyl-CoA metylmalonyl-CoA mutázou, ktorej funkcia závisí od kobalamínu. [3]

Propionyl-CoA tiež hrá úlohu v syntéze mastných kyselín. Tvorba nepárnych mastných kyselín začína propionyl-CoA. Metylové vetvy v reťazci mastnej kyseliny sa môžu vytvoriť predĺžením reťazca pomocou metylmalonyl-CoA, ktorý sa vyrába z propionyl-CoA propionyl-CoA karboxylázou. [4]