輔酶
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輔酶（coenzyme）是一類可以將化學(xué)基團(tuán)從一個酶轉(zhuǎn)移到另一個酶上的有機(jī)小分子，與
酶較為松散地結(jié)合，對于特定酶的活性發(fā)揮是必要的。有許多維他命及其衍生物，如核黃素、硫胺素和葉酸，都屬于輔酶。 這些化合物無法由人體合成，必須通過飲食
補(bǔ)充。不同的輔酶能夠攜帶的化學(xué)基團(tuán)也不同：NAD或NADP+攜帶氫離子，輔酶A攜帶甲?；?/a>，S-腺苷基蛋氨酸也可攜帶甲?；?。
由于輔酶在酶催化反應(yīng)中其化學(xué)組分發(fā)生了變化，因此可以認(rèn)為輔酶是一種特殊的底物或者稱為“第二底物”。這種所謂的第二底物可以被許多酶所利用。例如，目前已知有約七百種酶可以利用輔酶NADH進(jìn)行催化。
在細(xì)胞內(nèi)，反應(yīng)后的輔酶可以被再生，以維持其胞內(nèi)濃度在一個穩(wěn)定的水平上。例如，NADPH可以通過磷酸戊糖途徑和甲硫氨酸腺苷基轉(zhuǎn)移酶作用下的S-腺苷基蛋氨酸來再生。由于輔酶的再生對于維持酶反應(yīng)體系的穩(wěn)定是必要的，因此，輔酶再生系統(tǒng)獲得了大量的實驗室以及工業(yè)應(yīng)用?！ ?/p>
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常見的輔酶
硫胺素
即維生素B1。它在生物體內(nèi)的輔酶形式是硫胺素焦磷酸 (TPP)（圖1[硫胺素焦磷酸(TPP)的結(jié)構(gòu)式]）。
硫胺素焦磷酸過去也稱為輔羧酶。它在動物糖代謝中起著重要作用，例如丙酮酸在脫羧作用時需要它。在TPP缺少的情況下,代謝中間物丙酮酸不能順利脫羧會積聚于血液和組織中而出現(xiàn)神經(jīng)炎癥狀。TPP 還是其他酶例如 -酮酸氧化酶、轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶。TPP催化的酶反應(yīng)還需要有鎂離子的存在。
煙酰胺
是一系列酶類的輔酶的前體。
很早就知道煙酰胺可以防止糙皮病。1904年已知酒精發(fā)酵時不能缺少一種叫輔酶Ⅰ的物質(zhì)，1933年這種輔酶Ⅰ被分離出來。1934年德國生化學(xué)家O.瓦爾堡又分離出一個與輔酶Ⅰ相近似的物質(zhì)，稱為輔酶Ⅱ，并證實了煙酰胺是這兩種輔酶的組成部分，現(xiàn)在已經(jīng)弄清楚輔酶Ⅰ的化學(xué)組成是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD），輔酶Ⅱ的化學(xué)組成為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAD)。
以NAD(和NADP(為輔酶的酶,稱為吡啶核苷酸（或煙酰胺核苷酸）連接的脫氫酶。這些酶催化細(xì)胞內(nèi)的氧化還原反應(yīng)。一般說來，與NAD(相連的脫氫酶類通常與呼吸過程有關(guān)，而與NADP(相連的則與生物合成反應(yīng)有關(guān)。
核黃素
即維生素B2。參與組成兩種輔酶,是細(xì)胞內(nèi)的氧化還原系統(tǒng)的主要成分,它們是黃素單核苷酸(FMN)和黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。
FMN和FAD是一系列黃素連接的氧化還原酶或稱為黃素蛋白類的輔酶，從它們與酶蛋白結(jié)合緊密的程度來說，也可認(rèn)為是輔基。這些酶中有的除了FMN或FAD外，還需要一些金屬輔助因子，如鐵或鉬離子等。因此它們被稱為金屬黃素蛋白。這些酶催化一系列可逆或不可逆的細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)?！ ?/p>
吡哆醛及其衍生物
吡哆醛、吡哆胺和吡哆醇總稱為維生素B6（圖3［維生素的結(jié)構(gòu)式］的結(jié)構(gòu)式" class=image>）。維生素B6參與形成兩種輔酶，即吡哆醛磷酸和吡哆胺磷酸。
需要吡哆醛磷酸或吡哆胺磷酸作為輔酶的酶在氨基酸代謝中特別重要，催化轉(zhuǎn)氨、脫羧以及消旋作用等?！ ?/p>
生物素
作為一些酶的輔基而起輔因子作用。它以共價鍵的形式通過酰胺鍵和脫輔基酶蛋白的一個專一賴氨酰殘基的ε- 氨基相連。ε-N-生物素酰-L-賴氨酸稱為生物胞素(biocytin) (圖4[生物素作為輔基的形式])。
需要生物素的酶類能催化二氧化碳的參入 (羧化作用)或轉(zhuǎn)移,因而生物素和二氧化碳的固定密切相關(guān)。在羧化作用時還需要腺苷三磷酸(ATP)和鎂離子的存在,此外生物素在蛋白質(zhì)生物合成中以及轉(zhuǎn)氨基作用中也起著重要作用?！ ?/p>
泛酸
最初作為酵母的生長因子被分離出來。由于在生物中廣泛存在，因而被稱為泛酸。泛酸的輔酶形式是輔酶A（CoA或CoASH）,是酶促乙酰化作用的輔助因子（圖5[輔酶A的結(jié)構(gòu)式]），在生物學(xué)上的重要性是作為供體，在代謝上尤其是脂肪酸的代謝上甚為重要?！ ?/p>
葉酸
由于最早是從菠菜葉中被分離出來，故名。
葉酸的輔酶形式是四氫葉酸(圖6[四氫葉酸的結(jié)構(gòu)式]),它作為酶促轉(zhuǎn)移一碳基團(tuán)（如甲?；龋┑闹虚g載體而在嘌呤類、絲氨酸、甘氨酸和甲基基團(tuán)的生物合成中起作用。此外，葉酸在核蛋白的生物合成上也是不可缺少的?！ ?/p>
維生素12
在20年代已經(jīng)發(fā)現(xiàn)給病人吃動物的肝能治療惡性貧血，說明肝中有一種因子對惡性貧血有效。現(xiàn)在維生素B12已經(jīng)被分離提純并且結(jié)構(gòu)也已弄清。維生素B12的結(jié)構(gòu)中有一個咕啉(corrin)環(huán)系統(tǒng)，并且含有鈷離子及氰基(CN)，故又稱氰鈷胺素。純凈的維生素B12溶液呈紅色,這也是一般鈷化合物的特征。作為輔酶時,維生素B12中的CN被5＇-脫氧腺苷基團(tuán)所代替,稱為輔酶B12。這是一個不穩(wěn)定的化合物，當(dāng)有氰化物存在或暴露于光照下即轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素B12。如以5＇-脫氧腺苷基代替式中的黑體-CN基，就是輔酶B12的結(jié)構(gòu)式。
意義
維生素B族輔酶
在幾種重要的代謝反應(yīng)中起作用。在二羧酸的異構(gòu)作用中，例如在谷氨酸轉(zhuǎn)化為甲基天冬氨酸的酶促反應(yīng)中，在乙二醇和甘油轉(zhuǎn)化為醛類，生物合成甲基基團(tuán)以及核苷的合成中需要輔酶B12
其他重要輔酶 除了 B族維生素成員組成了大部分重要的輔酶以外,在生物化學(xué)上重要的還有輔酶Q、谷胱苷肽、尿苷二磷酸葡糖(UDPG)、維生素K族等。
其他重要的輔酶
1、輔酶Q(CoQ) 輔酶 Q是生物體內(nèi)廣為分布的一類醌類物質(zhì)，又稱為泛醌。存在于線粒體內(nèi)膜中，是生物氧化呼吸鏈中的一個不可缺少的氫遞體，具有重要的生理意義。輔酶 Q側(cè)鏈的異戊二烯單位的長度對于不同的生物種可以是不同的。
2、谷胱甘肽(Glutathion) 谷胱甘肽是一個小分子量的胞內(nèi)三肽,即γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰甘氨酸在大多數(shù)生物細(xì)胞中，谷胱甘肽的主要作用是保護(hù)一些蛋白質(zhì)的巰基以維持它們在還原狀態(tài)。谷胱甘肽還在生物體內(nèi)產(chǎn)生的過氧化氫還原上起一定作用，但這些都不是輔酶的作用。谷胱甘肽也作為一些酶的輔酶而起作用，例如它是乙二醛酶(Glyoxalase)及順丁烯二酸單酰乙酰乙酸異構(gòu)酶(Maleoylacetoacetate isomerase) 的輔酶。谷胱甘肽也是體內(nèi)甲醛氧化成甲酸反應(yīng)的輔酶。
3、尿苷二磷酸葡糖 (UDPG) 是核苷二磷酸糖類的一種，作為輔酶主要是在糖類合成中起作用。其他可作為輔酶的核苷二磷酸糖類有尿苷二磷酸半乳糖（UDPGal）、尿苷二磷酸甘露糖（UDPMan）等，他們在糖類合成代謝中是非常重要的。例如 UDPG 作為半乳糖-4- 表異構(gòu)酶(Galactose-4-epimerase)的輔酶,在D-半乳糖的代謝中起作用：
D-半乳糖-1-磷酸+UDPG[355-04]
UDPGal+D-葡萄糖-1-磷酸
4、維生素K族 維生素K族中的某些成員可能在生物體內(nèi)起某些輔酶作用。如作為輔酶在谷氨酸殘基的羧化作用中的功能已獲得一些線索。
5、甲基萘醌類（Menaquinone,即維生素K2類）很可能是某些細(xì)菌中使二氫乳清酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿榍逅岱磻?yīng)的酶的輔酶。
易混淆的分類
輔酶、輔基和激活劑
根據(jù)酶催化反應(yīng)最適條件的要求，原則上在酶測定體系中應(yīng)加入一定量的輔助因子。輔助因子（cofactors）是指酶的活性所需要的一種非蛋白質(zhì)成分，包括輔酶、輔基和金屬離子激活劑。與酶緊密結(jié)合的輔因子稱為輔基；不含輔基的酶蛋白稱為脫輔基酶蛋白（apoenzyme），沒有催化活性，必須加入足量輔基，和它結(jié)合成為全酶（holoenzyme），才有催化活性。脫輔基酶蛋白與輔基孵育一段時間后，酶活性才會恢復(fù)，因此，往往需要樣品與試劑中的輔基先預(yù)孵育的過程。輔基的用量往往較少。
與酶蛋白結(jié)合很松弛，用透析和其它方法很易將它們與酶分開的稱為輔酶（Coenzyme）。輔酶盡管不同于酶的底物，但在作用方式上和底物類似，在酶反應(yīng)過程中與酶結(jié)合、分離及反復(fù)循環(huán)。輔酶用量的確定可將它們按底物處理。例如乳酸脫氫酶中輔酶按雙底物動力學(xué)方程計算。
激活劑（activator）的化學(xué)本質(zhì)是金屬離子，可以是酶的活性中心，也可以通過其他機(jī)制激活酶的活性。作為激活劑的金屬離子，其影響酶促反應(yīng)的動力學(xué)更加復(fù)雜。最常見的是二價金屬離子如Mg2+、Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+等。重金屬離子大多是酶的變性劑。金屬離子之間往往存在相互拮抗或相互抑制。在酶測定體系中經(jīng)常加入EDTA目的是螯合一部分非必要的離子。合適的金屬離子濃度是必要的，過量的離子往往抑制酶反應(yīng)速度。由于激活劑的動力學(xué)往往與酶的動力學(xué)不同，這就可以解釋不同的樣品與反應(yīng)液的比例，造成酶活性測定結(jié)果的不呈比例。N-乙酰半胱氨酸對肌酸激酶的激活作用與此類似。激活劑的用量一般通過反復(fù)實驗來確定。
輔酶Q-10有助于：（1）保護(hù)心臟：
輔酶Q-10有助于為心肌提供充足氧氣，預(yù)防突發(fā)性心臟病，尤其在心肌缺氧過程中輔酶Q10發(fā)揮關(guān)鍵作用。
（2）促進(jìn)能量轉(zhuǎn)化，提升精力：
輔酶Q-10幫助把食物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞生存必需的能量（如ATP），使細(xì)胞保持最佳狀態(tài)，使人感覺精力更充沛；
（3）提高免疫力，延緩衰老：
輔酶Q-10是細(xì)胞自身產(chǎn)生的天然抗氧化劑，可阻止自由基的形成，有助于維護(hù)免疫系統(tǒng)的正常運(yùn)作及延緩衰老；
近年來的研究表明，輔酶Q-10在預(yù)防冠心病，緩解牙周炎，治療十二指腸潰瘍及胃潰瘍及緩解心絞痛方面有顯著效果。同時還有抗腫瘤作用，臨床對于晚期轉(zhuǎn)移性癌癥有一定療效。
各種輔酶在生物體正常生長發(fā)育中，發(fā)揮各種重要的作用，使生命活動有序的進(jìn)行。
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