Cofaktoren und Coenzyme Referat Bastian Lux

Enzyme sind Proteine mit katalytischen Eigenschaften. Wiederholung: Darstellung der Katalysatorwirkung in einem Energiediagramm: Ein Katalysator beschleunigt eine chemische Reaktion durch Herabsetzung der Aktivierungsenergie.

Was sind Cofaktoren? Viele, wenn auch nicht alle Enzyme benötigen zur Ausbildung ihrer vollen katalytischen Wirkung eine spezielle Wirkgruppe. Diese Wirkgruppe wird Cofaktor genannt.

Der Begriff Cofaktor wird dabei in drei Klassen unterteilt. 1. Metallionen (Spurenelemente) Metallionen, auch Spurenelemente genannt, sind meistens zwei- oder dreiwertige Metallkationen wie z.B. Cu2+, Fe3+, Co2+ und Zn2+. 2. Coenzyme Im Unterschied zu den Enzymen, werden die Cofaktoren in ihrer chemischen Struktur verändert. Um wieder in ihren Ausgangszustand zu gelangen, ist ein zweites Enzym erforderlich. 3. Prosthetische Gruppen Der wesentliche Unterschied hingegen zwischen Coenzymen und prosthetischen Gruppen ist die Art der Bindung. Coenzyme sind nur vorübergehend an das Enzym gebunden, während prosthetische Gruppen eine feste Bindung mit diesem eingehen.

Metallionen als Cofaktoren Die erste Klasse der Cofaktoren, die Metallionen, können einerseits die Anlagerung des Substrats oder des Coenzyms begünstigen oder andererseits als Bestandteil des aktiven Zentrums oder der prosthetischen Gruppe am Katalysevorgang direkt teilnehmen. Weiterhin bewirken diese Metallionen die Stabilisierung der dreidimensionalen Struktur von Enzymen und schützen sie so vor Denaturierung. Anhand dieser Beispiele für den Einsatz von Metallionen wird verständlich, warum diese als sog. Spurenelemente so wichtig für den menschlichen Organismus sind. Schwermetallsalze wie Cd2+- oder Hg2+-Ionen können einen Austausch von Zn2+-Ionen vollziehen. Da Zn2+-Ionen oft im aktiven Zentrum vorzufinden sind, bewirkt ein Austausch eine Inaktivierung des Enzyms. Dadurch wird deutlich, warum Schwermetalle so giftig auf lebende Organismen wirken.

Coenzyme als Cofaktoren Die Coenzyme bestehen aus kleinen organischen Molekülen. Ein wichtiges Coenzym ist das Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+). Das NAD+ wirkt als Elektronenakzeptor nach folgender allgemeinen Gleichung: Dabei wird ein Wasserstoffatom des Substrates direkt auf das NAD+ übertragen. Aus dem alkoholischen Substrat entsteht ein Keton oder ein Aldehyd.

Prosthetische Gruppen als Cofaktoren Die prosthetische Gruppen bestehen auch aus kleinen organischen Molekülen. Sie gehen über kovalente Bindungen eine feste Bindung mit dem Apoenzym ein. Ein wichtiger Vertreter der prosthetischen Gruppen ist der Elektronenakzeptor Flavinadenindinucleotid (FAD). Es kann in seiner oxidierten Form zwei Wasserstoffatome aufnehmen. Die Substrate sind in der Regel Alkane die zu Alkenen umgewandelt werden. Hierzu die allgemeine Gleichung des FAD: