Häufig werden die Begriffe Cofaktor und Coenzyme gleichgesetzt. Es besteht jedoch ein kleiner Unterschied hinsichtlich der Begriffe Cofaktor und Coenzym.
Definition des Coenzyms
Als ein Coenzym wird eine Komponente eines Enzyms bezeichnet, die nicht proteinhaltig ist. Coenzyme unterstützen Enzyme, sodass es zur katalytischen Wirkung kommt und ein entsprechendes Substrat umgesetzt werden kann.
Enzyme katalysieren zahlreiche Prozesse mit Substraten im menschlichen Körper. Durch die Enzyme wird die nötige Energie, die zur Umsetzung des Substrats benötigt wird, herabgesetzt. Ein Beispiel für ein Coenzym ist ATP, dem Träger von Energie im Körper.
Ein Coenzym ist eine Komponente eines Enzyms. Es ist nicht proteinhaltig und wird gebraucht, um eine bestimmte Reaktion mit einem Substrat katalysieren zu können. Ein Coenzym kann beispielsweise Wasserstoff vermitteln.
Ohne die Unterstützung eines Coenzyms kann eine Katalyse der Reaktion eines Substrats nicht stattfinden, da beispielsweise kein Wasserstoff durch den Cofaktor vermittelt wird.
Es besteht ein Unterschied zwischen Coenzymen und Cofaktoren: Der Begriff Cofaktor schließt sowohl Coenzyme als auch anorganische Verbindungen wie Metall-Ionen ein. Somit ist Cofaktor ein Oberbegriff, der unter anderem Coenzyme miteinschließt.
Unterteilung des Coenzyms
Coenzyme gehören zur Klasse der Cofaktoren. Sie werden in zwei unterschiedliche Klassen unterteilt.
Kategorisierung nach der Gruppe, die übertragen wird
Ein bestimmtes Coenzym befördert immer die gleiche Atomgruppe. Durch diese, vom Cofaktor transportierte Atomgruppe, kann ein Substrat im Enzym reagieren.
Je nachdem, welche Gruppe vom Cofaktor übertragen wird, kann eine Kategorisierung in zwei Klassen erfolgen.
- Coenzyme, die chemische Gruppen übertragen
- Redoxcoenzyme unterstützen Redoxreaktionen von Substraten und nehmen Elektronen oder Wasserstoff auf oder geben diese ab.
Kategorisierung nach der Beziehung zum Enzym
Bei dieser Kategorisierung der Coenzyme wird in die Klassen
- prosthetische Gruppe und
- Cosubstrat
unterteilt.
Die Klasse der prosthetischen Gruppe
Die Klasse der prosthetischen Gruppe bildet mit dem Enzym eine kovalente Bindung. Die prosthetische Gruppe und das Enzym sind fest durch eine Atombindung miteinander verbunden.
Ein Enzym ohne prosthetische Gruppe wird Apoenzym genannt. Wenn es zu einer Verbindung von einem Apoenzym und der prosthetischen Gruppe kommt, liegt ein Holoenzym vor.
Das Coenzym FAD, Flavin-Adenin-Dinukleotid, kann beispielsweise in die Klasse der prosthetischen Gruppe eingeordnet werden.
FAD ist ein Redoxcoenzym und gibt Elektronen ab oder nimmt sie auf. Der Cofaktor FAD ist ein wesentlicher Bestandteil im menschlichen Stoffwechsel im Rahmen der Verwertung und Bereitstellung von Energie in Form von ATP.
Die Klasse der Cosubstrate
Ein Cosubstrat ist ein Coenzym, welches sich an ein Enzym nicht kovalent bindet. Das Cosubstrat wird benötigt, damit eine Reaktion des entsprechenden Substrats mit dem Enzym stattfinden kann.
Die Bezeichnung der Enzyme mit Cosubstraten erfolgt ähnlich zu der Benennung mit einer prosthetischen Gruppe. Ein Apoenzym stellt ein Enzym ohne Cosubstrat dar und ein Holoenzym ist ein Enzym mit Cosubstrat.
Die Klasse der Cosubstrate zeigen eine höhere Ähnlichkeit mit einem Substrat als mit Enzymen. Aufgrund des Verhaltens, ähnlich zu dem eines Substrats, erfolgt auch der Name Cosubstrat.
Der Cofaktor ATP, Adenosintriphosphat, ist ein Beispiel für die Klasse der Cosubstrate.
ATP ist ein wichtiger Träger von Energie im menschlichen Körper. Das Cosubstrat ATP ist an Enzymen beteiligt, die Phosphatgruppen übergeben.
Funktion und Wirkung eines Coenzyms
Coenzyme wie ATP haben unterschiedliche Effekte. Die Cofaktoren können beispielsweise chemische Gruppen übertragen oder im Rahmen von Redoxreaktionen Elektronen oder Wasserstoff aufnehmen oder abgeben.
Die Katalyse des Substrats ist nur möglich, sofern das Enzym als Holoenzym vorliegt. An das entsprechende Enzym muss eine prosthetische Gruppe oder ein Cosubstrat gebunden werden. Erst dann kann die Umsetzung des Substrats mittels Enzym erfolgen.
Durch die Reaktion des Substrats wird die prosthetische Gruppe modifiziert. Vor einer erneuten Reaktion des Substrats mit dem Enzym muss zunächst eine Regeneration der modifizierten prosthetischen Gruppe erfolgen. Erst dann kann die prosthetische Gruppe erneut für das Umsetzen eines Substrats mithilfe des Enzyms genutzt werden.
Ein Cosubstrat hat die Funktion einer Aufnahme oder Abgabe einer Atomgruppe, von Elektronen oder Wasserstoff. Auch das Cosubstrat erfährt eine Veränderung während der Reaktion des Substrats mit dem Enzym. Es muss ebenso erneuert werden, bevor es erneut für das Umsetzen des Substrats mittels Enzym verwendet werden kann.
Beispiele für ein Coenzym
Einige Coenzyme, die im menschlichen Körper hergestellt werden, benötigen Vitamine. Beispielsweise wird Vitamin B2 benötigt, um das Coenzym FAD zu produzieren. Es gibt jedoch auch Coenzyme, deren Basis keine Vitamine, sondern Nukleotide sind, wie ATP.
Abbildung 1: Vitamine aus Obst und Gemüse dienen unter anderem als Ausgangsstoff für Coenzyme
Coenzym A
Coenzym A ist ein Coenzym im Fett-, Kohlenhydrat- und Proteinstoffwechsel. Das Coenzym kommt in CoA-Transferasen und Acyltransferasen vor und übermittelt dort Acylgruppen. Das Coenzym ist daran beteiligt, um verschiedene Substrate zu aktivieren. Zu den Substraten zählen verschiedene Alkansäuren und deren Derivate. Ohne Coenzym A würden viele Reaktionen mit Substraten im Körper zu langsam ablaufen.
Coenzym A besteht aus Adenosindinukleotid. Dabei handelt es sich um das Vitamin Pantothensäure und die Aminosäure Cystein. Zur Herstellung von Coenzym A muss daher das Vitamin Pantothensäure aufgenommen werden.
Abbildung 2: Coenzym A
Coenzym Q10
Coenzym Q10 ist an der Atmungskette beteiligt, in der es zur Erzeugung von Energie verwendet wird. Energie wird im Körper in Form von ATP gespeichert. Das Coenzym transportiert Elektronen und Protonen. Diese Übermittlung findet zwischen dem Komplex I oder Komplex II und Komplex III statt. Somit kann Energie in Form von ATP produziert werden.
In der Atmungskette spielen die Komplexe I bis IV eine entscheidende Rolle. Die Komplexe liegen innerhalb der Mitochondrien und bestehen jeweils aus verschiedenen Enzymen. Die Funktion der Komplexe besteht in der Weitergabe von Elektronen.
Coenzym Q10 wird im Körper hergestellt, kann aber auch mit der Nahrung aufgenommen werden. In fetthaltigem Fisch, Leber, Eiern sowie in Nüssen und Samen ist das Coenzym Q10 vertreten.
Abbildung 3: Coenzym Q10 ist in fetthaltigem Fisch, wie beispielsweise Sardinen, enthalten
Coenzym - Das Wichtigste
- Ein Coenzym stellt eine Komponente eines Enzyms dar, die kein Protein ist.
- Coenzyme unterstützen Enzyme bei ihrer katalytischen Wirkung.
- Cofaktor ist ein Oberbegriff, der unter anderem Coenzyme einschließt.
- Coenzyme können unterteilt werden in Coenzyme, die chemische Gruppen übertragen, und Redoxcoenzyme, die Elektronen oder Wasserstoff abgeben oder aufnehmen.
- Coenzyme können beispielsweise chemische Gruppen übertragen oder im Rahmen von Redoxreaktionen Elektronen oder Wasserstoff aufnehmen oder abgeben.
- Vor einer erneuten Reaktion des Substrats muss zunächst eine Regeneration des Coenzyms stattfinden.
- Einige der vielen Coenzyme benötigen für ihre Herstellung Vitamine.
- Beispiele für bekannte Coenzyme sind Coenzym A und Q10.
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