Koenzim dan kofaktor adalah komponen non-protein yang dibutuhkan banyak enzim untuk aktivitas katalitik. Kofaktor adalah ion anorganik seperti ion logam, sementara koenzim adalah molekul organik, sering berasal dari vitamin, yang berfungsi sebagai pembawa elektron, atom, atau gugus fungsional. Holoenzim mengacu pada enzim lengkap yang aktif secara katalitik dengan kofaktornya, sementara apoenzim adalah bagian protein saja.

Kofaktor Ion Logam

Ion logam berpartisipasi dalam katalisis enzim melalui beberapa mekanisme. Seng adalah kofaktor untuk lebih dari 300 enzim, termasuk alkohol dehidrogenase, anhidrase karbonat, dan metaloproteinase matriks. Ia berfungsi sebagai asam Lewis, mengkoordinasikan molekul substrat dan menstabilkan muatan negatif. Besi penting untuk sitokrom, hemoglobin, dan protein gugus besi-belerang yang terlibat dalam transfer elektron. Magnesium diperlukan untuk semua kinase yang menggunakan ATP sebagai substrat, membentuk substrat MgATP yang sebenarnya. Kalsium mengaktifkan banyak protein pensinyalan dan penting untuk faktor pembekuan darah. Tembaga ditemukan di sitokrom c oksidase dan superoksida dismutase.

NAD+ dan NADH

Nikotinamida adenin dinukleotida berasal dari niasin dan berfungsi sebagai pembawa ion hidrida dalam reaksi oksidasi-reduksi. NAD+ menerima dua elektron dan satu proton untuk membentuk NADH. Ini adalah akseptor elektron utama dalam jalur katabolik termasuk glikolisis, siklus asam sitrat, dan oksidasi asam lemak. NADH kemudian mendonasikan elektron ke rantai transpor elektron untuk sintesis ATP. Rasio NAD+/NADH mencerminkan keadaan redoks sel.

NADP+ dan NADPH

NADP+ secara struktural identik dengan NAD+ kecuali untuk gugus fosfat tambahan pada ribosa nukleotida adenin. NADPH berfungsi sebagai donor elektron untuk biosintesis reduktif daripada produksi energi. Ini menyediakan ekuivalen reduksi untuk sintesis asam lemak, sintesis kolesterol, dan reduksi glutathione. Jalur pentosa fosfat adalah sumber utama NADPH, dan rasio NADPH-ke-NADP+ yang tinggi di sitosol mendorong reaksi biosintetik.

FAD dan FMN

Flavin adenin dinukleotida dan flavin mononukleotida berasal dari riboflavin dan berfungsi sebagai pembawa elektron dalam reaksi oksidasi-reduksi. Tidak seperti NAD+, flavin dapat mentransfer satu atau dua elektron dan dapat ada dalam bentuk teroksidasi penuh, semikuinon, atau tereduksi penuh. FAD terikat secara ketat pada enzim seperti suksinat dehidrogenase dalam siklus asam sitrat dan asil-KoA dehidrogenase dalam oksidasi asam lemak. FMN adalah kofaktor dalam kompleks I dari rantai transpor elektron.

Koenzim A

Koenzim A berasal dari asam pantotenat dan berfungsi sebagai pembawa gugus asil. Gugus tiol terminal membentuk ikatan tioester dengan asam karboksilat, menciptakan molekul asil-KoA teraktivasi. Asetil-KoA adalah metabolit sentral yang menghubungkan metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Suksinil-KoA adalah intermediet dari siklus asam sitrat. Turunan asil-KoA adalah substrat teraktivasi untuk oksidasi dan sintesis asam lemak.

Tiamin Pirofosfat

Tiamin pirofosfat berasal dari vitamin B1 dan berfungsi sebagai kofaktor untuk enzim yang mengkatalisis dekarboksilasi asam alfa-keto dan reaksi transketolasi. Ia berfungsi dengan menstabilkan intermediet karbanion yang terbentuk setelah dekarboksilasi. Piruvat dehidrogenase, alfa-ketoglutarat dehidrogenase, transketolase, dan piruvat dekarboksilase semuanya membutuhkan TPP.

Piridoksal Fosfat

Piridoksal fosfat berasal dari vitamin B6 dan penting untuk semua reaksi yang melibatkan transformasi asam amino. Ia membentuk basa Schiff dengan asam amino, menstabilkan intermediet untuk transaminasi, dekarboksilasi, dan rasemisasi. Transaminase menggunakan PLP untuk mentransfer gugus amino antara asam amino dan asam alfa-keto, menghubungkan metabolisme asam amino ke siklus asam sitrat.

Biotin

Biotin berfungsi sebagai pembawa karbon dioksida teraktivasi dalam reaksi karboksilasi. Ia terikat secara kovalen pada karboksilase melalui residu lisin. Enzim yang bergantung pada biotin termasuk asetil-KoA karboksilase, piruvat karboksilase, dan propionil-KoA karboksilase. Enzim yang dibiotinasi menangkap CO2 sebagai karboksibiotin dan mentransfernya ke substrat akseptor.

Tetrahidrofolat

Tetrahidrofolat berasal dari asam folat dan berfungsi sebagai pembawa unit satu-karbon dalam berbagai keadaan oksidasi. Ia berpartisipasi dalam sintesis nukleotida, metabolisme asam amino, dan reaksi metilasi. Siklus folat menyediakan unit karbon yang diperlukan untuk sintesis purin dan timidilat, menjadikannya target untuk obat antikanker seperti metotreksat.