Kofaktor

Kofaktor on biokeemias orgaaniline molekul või metalliioon, mis seostub ensüümi mitteaktiivse vormi (apoensüümi) katalüütilisse saiti ja muudab selle aktiivseks. Seega on kofaktorid hädavajalikud ensüümkatalüüsi jaoks. Orgaanilised kofaktorid kannavad ka nimetust koensüümid: nende hulka kuuluvad näiteks elektronide doonorid NADH, NADPH ja FADH2, atsetüülrühma doonor koensüüm A, metüülrühma doonor S-adenosüülmetioniin, fosforüülrühma doonor ATP ja paljud teised. Koensüümi ja apoensüümi kompleks on holoensüüm. Metalliioonid, mida liigitatakse kofaktorite hulka, võivad kuuluda heemide koostisse (nt Fe2+, Cu+), kuid võivad seonduda ensüümi aktiivsaidiga ka otse, kuuludes enamasti glutamaadi, aspartaadi ja/või histidiini osavõtul moodustunud kelaatide koostisse (ng Mg2+, Ni2+, Zn2+). Kofaktoreid on mõnevõrra keeruline eristada ensüümide aktivaatoritest, sekundaarsetest virgatsainetest või substraatidest – neid mõisteid kasutatakse sageli sünonüümidena isegi erialakirjanduses. Siiski on igal terminil olemas oma konkreetsem määratlus: Aktivaator kiirendab katalüüsi, kuid see efekt võib tuleneda ka aktivaatori seondumisest väljaspool katalüütilist saiti (nn allosteerilised efektid). Aktivaatorite hulka võivad kuuluda ka valgud (näiteks tsükliinid, mis aktiveerivad tsükliinsõltuvaid proteiinkinaase). Sekundaarsed virgatsained omavad pigem tähendust rakus toimuva signaaliülekande kontekstis, kus need vahendavad infot rakuväliskeskkonnast üle retseptori saabunud impulsi kohta. Väljaspool rakku (st katseklaasis) võivad teatud ensüümid, mis aktiveeruvad rakus eelistatult sekundaarsete virgatsainete toimel, omada aktiivsust ka omaette: näiteks cAMP-sõltuva proteiinkinaasi katalüütiline alaühik omab lahuses eraldiseisvana (st regulatoorse alaühiku puudumisel) katalüütilist aktiivsust. Küll ei oma sama valk aktiivsust juhul, kui puudub fosforüülrühma doonor ATP või magneesiumioonid – seepärast loetakse nii ATP kui Mg2+ nimetatud proteiinkinaasi kofaktoriteks, cAMP on aga sekundaarne virgatsaine. Lisaks on oluline ka asjaolu, et sekundaarsed virgatsained seonduvad ensüümiga enamasti väljaspool katalüütilist saiti. Näiteks kaltsiumiooni liigitatakse sekundaarsete virgatsainete, mitte kofaktorite hulka nii seetõttu, et selle vabanemine on tugevalt seotud signaaliülekandega, kui seetõttu, et Ca2+ seondub valkudes enamasti eraldi domeeniga ning mõjutab valgu aktiivsust pigem allosteeriliselt. Substraadid on molekulid, mis seonduvad valguga ja mida muudetakse katalüüsi käigus. Substraadiga toimuva muutuse alusel on defineeritud ka ensüümi alamklass: nt reduktaasid, fosfotransferaasid, metüültransferaasid jms. Sageli täpsustatakse ensüümi nimetuses ka substraadi tüüpi: nt valgu metüültransferaas kannab metüülrühma üle valgule (enamasti histoonile), seevastu DNA metüültransferaas kannab metüülrühma üle DNA lämmastikalusele. Samas võib orgaaniline kofaktor katalüüsitava reaktsiooni käigus samuti muunduda (nt valkude fosforüülimise tulemusena muundub ATP ADP-ks, DNA metüülimise tulemusena muundub S-adenosüülmetioniin S-adenosüülhomotsüsteiiniks jne). Esimestena kirjeldasid orgaanilist kofaktorit (NAD+/NADH) Briti biokeemikud Arthur Harden ja William John Young aastal 1906. Pelley, John W. (2012), "Enzymes and Energetics", Elsevier's Integrated Review Biochemistry, Elsevier, lk 29–37, DOI:10.1016/b978-0-323-07446-9.00004-0, ISBN 978-0-323-07446-9, vaadatud 20. juulil 2024 Dugas, Hermann (1989), Dugas, Hermann (toim), "Coenzyme Chemistry", Bioorganic Chemistry: A Chemical Approach to Enzyme Action (inglise), New York, NY: Springer US, lk 489–595, DOI:10.1007/978-1-4684-0324-4_7, ISBN 978-1-4684-0324-4, vaadatud 20. juulil 2024 "Cofactor". www.uniprot.org. 28.04.2022. Vaadatud 20. juulil 2024. Boonstra, Johannes; Post, Jan Andries (2004). "Molecular events associated with reactive oxygen species and cell cycle progression in mammalian cells". Gene. 337: 1–13. DOI:10.1016/j.gene.2004.04.032. ISSN 0378-1119. Akamine, Pearl; Madhusudan; Wu, Jian; Xuong, Nguyen-Huu; Eyck, Lynn F.Ten; Taylor, Susan S (2003). "Dynamic Features of cAMP-dependent Protein Kinase Revealed by Apoenzyme Crystal Structure". Journal of Molecular Biology. 327 (1): 159–171. DOI:10.1016/s0022-2836(02)01446-8. ISSN 0022-2836. Nalefski, E. A.; Falke, J. J. (1996). "The C2 domain calcium-binding motif: structural and functional diversity". Protein Science: A Publication of the Protein Society. 5 (12): 2375–2390. DOI:10.1002/pro.5560051201. ISSN 0961-8368. PMC 2143302. PMID 8976547. Wang, Zhihong; Cole, Philip A. (2014). "Catalytic Mechanisms and Regulation of Protein Kinases". Methods in enzymology. 548: 1–21. DOI:10.1016/B978-0-12-397918-6.00001-X. ISSN 0076-6879. PMC 4373616. PMID 25399640. Zhang, Jing; Zheng, Yujun George (18. märts 2016). "SAM/SAH Analogs as Versatile Tools for SAM-Dependent Methyltransferases". ACS chemical biology. 11 (3): 583–597. DOI:10.1021/acschembio.5b00812. ISSN 1554-8929. PMC 5772741. PMID 26540123. "The alcoholic ferment of yeast-juice. Part II.—The coferment of yeast-juice". Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character (inglise). 78 (526): 369–375. 24. oktoober 1906. DOI:10.1098/rspb.1906.0070. ISSN 0950-1193.