Koenzim A

Koenzim A (KoA, CoA, SHCoA, CoASH) ialah koenzim yang terkenal kerana peranannya dalam sintesis dan pengoksidaan asid lemak, dan pengoksidaan piruvat dalam kitaran asid sitrik. Semua genom yang dijujukan sehingga kini mengekod enzim yang menggunakan koenzim A sebagai substrat, dan sekitar 4% daripada enzim selular menggunakannya (atau tioester) sebagai substrat. Pada manusia, biosintesis KoA memerlukan sisteina, pantotenat (vitamin B5), dan adenosina trifosfat (ATP).

Dalam bentuk asetilnya, koenzim A ialah molekul yang sangat serba boleh, melayani fungsi metabolik dalam kedua-dua laluan anabolik dan katabolik. Asetil-KoA digunakan dalam kawal atur pascatranslasi dan kawal atur alosterik piruvat dehidrogenase dan karboksilase untuk mengekalkan dan menyokong pembahagian sintesis dan degradasi piruvat.

Penemuan struktur 

Koenzim A telah dikenal pasti oleh Fritz Lipmann pada 1946, yang juga kemudiannya memberikan namanya. Strukturnya ditentukan pada awal 1950-an di Institut Lister, London, bersama-sama oleh Lipmann dan pekerja lain di Sekolah Perubatan Harvard dan Hospital Awam Massachusetts. Lipmann pada mulanya bertujuan untuk mengkaji pemindahan asetil dalam haiwan, dan daripada eksperimen ini, beliau melihat faktor unik yang tidak terdapat dalam ekstrak enzim tetapi jelas dalam semua organ haiwan. Beliau dapat mengasingkan dan membersihkan faktor dari hati khinzir dan mendapati bahawa fungsinya berkaitan dengan koenzim yang aktif dalam asetilasi kolina. Bekerjasama dengan Beverly Guirard, Nathan Kaplan, dan lain-lain menentukan bahawa asid pantotenik ialah komponen pusat koenzim A. Koenzim itu dinamakan koenzim A untuk bermaksud "pengaktifan asetat". Pada 1953, Fritz Lipmann memenangi Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan "bagi penemuan ko-enzim A dan kepentingannya dalam metabolisme perantara."

Biosintesis 
Koenzim A secara semula jadi disintesis daripada pantotenat (vitamin B5), yang terdapat dalam makanan seperti daging, sayur-sayuran, bijirin bijirin, kekacang, telur dan susu. Pada manusia dan kebanyakan organisma hidup, pantotenat adalah vitamin penting yang mempunyai pelbagai fungsi. Dalam sesetengah tumbuhan dan bakteria, termasuk Escherichia coli, pantotenat boleh disintesis de novo (secara sendiri) dan oleh itu tidak dianggap penting. Bakteria ini mensintesis pantotenat daripada asid amino aspartat dan metabolit dalam biosintesis valina.

Dalam semua organisma hidup, koenzim A disintesis dalam proses lima langkah yang memerlukan empat molekul ATP, pantotenat dan sisteina (lihat rajah):

 Pantotenat (vitamin B5) difosforilasi kepada 4'-fosfopantotenat oleh enzim pantotenat kinase (PanK; CoaA; CoaX). Ini ialah langkah komited dalam biosintesis CoA, dan memerlukan ATP.
 Sisteina ditambah kepada 4'-fosfopantotenat oleh enzim fosfopantotenoilsisteina sintetase (PPCS; CoaB) untuk membentuk 4'-fosfo-N-pantotenoilsisteina (PPC). Langkah ini digabungkan dengan hidrolisis ATP.
 PPC dinyahkarboksilasi kepada 4'-fosfopanteteina oleh fosfopantotenoilsisteina dekarboksilase (PPC-DC; CoaC)
 4′-fosfopanteteina diadenilasi (atau lebih tepat, di-AMP) untuk membentuk defosfo-KoA oleh enzim fosfopanteteina adeninil transferase (COASY; PPAT; CoaD)
 Akhirnya, defosfo-CoA difosforilasi menjadi koenzim A oleh enzim defosfokoenzim A kinase (COASY, DPCK; CoaE). Langkah terakhir ini memerlukan ATP.

Singkatan nomenklatur enzim dalam kurungan masing-masing mewakili enzim mamalia, eukariotik lain dan prokariotik. Dalam mamalia, langkah 4 dan 5 dimangkinkan oleh enzim dwifungsi yang dipanggil COASY. Laluan ini dikawal oleh perencatan oleh produk. KoA ialah perencat kompetitif bagi pantotenat kinase yang biasanya mengikat ATP. Koenzim A, tiga ADP, satu monofosfat, dan satu difosfat dituai daripada biosintesis.

Koenzim A boleh disintesis melalui laluan alternatif apabila tahap koenzim A intraselular dikurangkan dan laluan de novo terjejas. Dalam laluan ini, koenzim A perlu disediakan daripada sumber luaran, seperti makanan, untuk menghasilkan 4'-fosfopanteteina. Ektonukleotida pirofosfatase (ENPP) mengurai koenzim A kepada 4'-fosfopanteteina, molekul yang stabil dalam organisma. Protein pembawa asil (ACP) (seperti ACP sintase dan degradasi ACP) juga digunakan untuk menghasilkan 4'-fosfopanteteina. Laluan ini membolehkan 4'-fosfopanteteina diisi semula dalam sel dan membolehkan penukaran kepada koenzim A melalui enzim, PPAT dan PPCK.

Pengeluaran komersial 
Koenzim A dihasilkan secara komersial melalui pengekstrakan daripada yis, namun ini adalah proses yang tidak cekap (menghasilkan kira-kira 25 mg/kg), dan menghasilkan produk yang mahal. Pelbagai cara untuk menghasilkan CoA secara sintetik, atau separa sintetik telah disiasat walaupun tidak ada yang beroperasi pada skala industri pada masa ini.

Fungsi

Sintesis asid lemak 
Oleh kerana koenzim A daripada segi kimia ialah sebuah tiol, ia boleh bertindak balas dengan asid karboksilik untuk membentuk tioester, dengan itu berfungsi sebagai pembawa kumpulan asil. Ia membantu dalam memindahkan asid lemak dari sitoplasma ke mitokondria. Molekul koenzim A yang membawa kumpulan asil juga dirujuk sebagai asil-KoA. Apabila ia tidak dilekatkan pada kumpulan asil, ia biasanya dirujuk sebagai KoASH atau HSKoA. Proses ini memudahkan penghasilan asid lemak dalam sel, yang penting dalam struktur membran sel.

Koenzim A juga merupakan sumber kumpulan fosfopanteteina yang ditambah sebagai kumpulan prostetik kepada protein seperti protein pembawa asil dan formiltetrahidrofolat dehidrogenase.

Penghasilan tenaga 
Koenzim A ialah satu daripada lima koenzim penting yang diperlukan dalam mekanisme tindak balas kitaran asid sitrik. Bentuk asetil-koenzim A ialah input utama dalam kitaran asid sitrik dan diperoleh daripada glikolisis, metabolisme asid amino, dan pengoksidaan beta asid lemak. Proses ini ialah laluan katabolik utama badan dan penting dalam memecahkan blok binaan sel seperti karbohidrat, asid amino dan lipid.

Kawal atur 
Apabila terdapat lebihan glukosa, koenzim A digunakan dalam sitosol untuk sintesis asid lemak. Proses ini dilaksanakan oleh pengawalseliaan asetil-KoA karboksilase yang memangkinkan langkah komited dalam sintesis asid lemak. Insulin merangsang asetil-KoA karboksilase, manakala epinefrina dan glukagon menghalang aktivitinya.

Semasa kebuluran sel, koenzim A disintesis dan mengangkut asid lemak dalam sitosol ke mitokondria. Di sini, asetil-KoA dijana untuk pengoksidaan dan pengeluaran tenaga. Dalam kitaran asid sitrik, koenzim A berfungsi sebagai pengatur alosterik dalam rangsangan enzim piruvat dehidrogenase.

Penyelidikan baru mendapati bahawa peng-KoA-an protein memainkan peranan penting dalam pengawalan tindak balas tekanan oksidatif. Peng-KoA-an Protein memainkan peranan yang sama dengan pengglutationan dalam sel, dan menghalang pengoksidaan tak berbalik kumpulan tiol dalam sisteina pada permukaan protein selular, sementara juga mengawal secara langsung aktiviti enzimatik sebagai tindak balas kepada tekanan oksidatif atau metabolik.

Penggunaan dalam penyelidikan biologi 
Koenzim A boleh didapati daripada pelbagai pembekal kimia sebagai asid bebas dan garam litium atau natrium. Asid bebas koenzim A dikesan tidak stabil, dengan sekitar 5% kemerosotan diperhatikan selepas 6 bulan apabila disimpan pada -20 °C, dan hampir degradasi lengkap selepas 1 bulan pada 37 °C. Garam litium dan natrium CoA adalah lebih stabil, dengan penguraian amat sedikit dicatatkan selama beberapa bulan pada pelbagai suhu. Larutan akueus bagi koenzim A tidak stabil atas pH 8, dengan 31% aktiviti hilang selepas 24 jam pada 25 °C dan pH 8. Larutan stok KoA agak stabil apabila dibekukan pada pH 2–6. Laluan utama kehilangan aktiviti KoA mungkin ialah pengoksidaan udara KoA kepada disulfida KoA. Disulfida campuran KoA, seperti KoA-S-S-glutation, ialah bahan cemar yang biasa diperhatikan dalam penyediaan komersial CoA. KoA bebas boleh dijana semula daripada KoA disulfida dan campuran dengan agen penurun seperti ditiotreitol atau 2-merkaptoetanol.

Rujukan 

Metabolisme
Koenzim
Tiol