Coenzimas e cofatores são componentes não proteicos que muitas enzimas requerem para atividade catalítica. Cofatores são íons inorgânicos como íons metálicos, enquanto coenzimas são moléculas orgânicas, frequentemente derivadas de vitaminas, que servem como transportadores de elétrons, átomos ou grupos funcionais. Holoenzima refere-se à enzima completa, cataliticamente ativa com seu cofator, enquanto apoenzima é apenas a porção proteica.
Cofatores de Íons Metálicos
Os íons metálicos participam da catálise enzimática através de múltiplos mecanismos. O zinco é um cofator para mais de 300 enzimas, incluindo álcool desidrogenase, anidrase carbônica e metaloproteinases de matriz. Ele funciona como um ácido de Lewis, coordenando moléculas de substrato e estabilizando cargas negativas. O ferro é essencial para citocromos, hemoglobina e proteínas de cluster ferro-enxofre envolvidas na transferência de elétrons. O magnésio é necessário para todas as quinases que usam ATP como substrato, formando o substrato real MgATP. O cálcio ativa muitas proteínas de sinalização e é essencial para os fatores de coagulação sanguínea. O cobre é encontrado na citocromo c oxidase e na superóxido dismutase.
NAD+ e NADH
A nicotinamida adenina dinucleotídeo é derivada da niacina e funciona como transportadora de íons hidreto em reações de oxidação-redução. O NAD+ aceita dois elétrons e um próton para formar NADH. É o principal aceptor de elétrons em vias catabólicas incluindo glicólise, o ciclo do ácido cítrico e oxidação de ácidos graxos. O NADH então doa elétrons para a cadeia de transporte de elétrons para a síntese de ATP. A razão NAD+/NADH reflete o estado redox da célula.
NADP+ e NADPH
O NADP+ é estruturalmente idêntico ao NAD+ exceto por um grupo fosfato adicional na ribose do nucleotídeo de adenina. O NADPH serve como doador de elétrons para biossíntese redutora em vez de produção de energia. Ele fornece equivalentes redutores para síntese de ácidos graxos, síntese de colesterol e redução da glutationa. A via das pentoses fosfato é a principal fonte de NADPH, e a alta razão NADPH/NADP+ no citosol impulsiona as reações biossintéticas.
FAD e FMN
A flavina adenina dinucleotídeo e a flavina mononucleotídeo são derivadas da riboflavina e funcionam como transportadoras de elétrons em reações de oxidação-redução. Diferentemente do NAD+, as flavinas podem transferir um ou dois elétrons e podem existir nas formas totalmente oxidada, semiquinona ou totalmente reduzida. O FAD está firmemente ligado a enzimas como succinato desidrogenase no ciclo do ácido cítrico e acil-CoA desidrogenase na oxidação de ácidos graxos. O FMN é um cofator no complexo I da cadeia de transporte de elétrons.
Coenzima A
A coenzima A é derivada do ácido pantotênico e funciona como transportadora de grupos acila. O grupo tiol terminal forma ligações tioéster com ácidos carboxílicos, criando moléculas de acil-CoA ativadas. A acetil-CoA é o metabólito central conectando o metabolismo de carboidratos, gorduras e proteínas. A succinil-CoA é um intermediário do ciclo do ácido cítrico. Derivados de acil-CoA são os substratos ativados para oxidação e síntese de ácidos graxos.
Tiamina Pirofosfato
A tiamina pirofosfato é derivada da vitamina B1 e serve como cofator para enzimas que catalisam a descarboxilação de alfa-cetoácidos e reações de trans cetolação. Ela funciona estabilizando o intermediário carbânion formado após a descarboxilação. A piruvato desidrogenase, alfa-cetoglutarato desidrogenase, transquetolase e piruvato descarboxilase requerem TPP.
Fosfato de Piridoxal
O fosfato de piridoxal é derivado da vitamina B6 e é essencial para todas as reações envolvendo transformações de aminoácidos. Ele forma uma base de Schiff com aminoácidos, estabilizando intermediários para transaminação, descarboxilação e racemização. As transaminases usam PLP para transferir grupos amino entre aminoácidos e alfa-cetoácidos, ligando o metabolismo de aminoácidos ao ciclo do ácido cítrico.
Biotina
A biotina funciona como transportadora de dióxido de carbono ativado em reações de carboxilação. Ela é covalentemente ligada às carboxilases através de um resíduo de lisina. As enzimas dependentes de biotina incluem acetil-CoA carboxilase, piruvato carboxilase e propionil-CoA carboxilase. A enzima biotinilada captura CO2 como carboxibiotina e o transfere para o substrato aceptor.
Tetrahidrofolato
O tetrahidrofolato é derivado do ácido fólico e funciona como transportador de unidades de um carbono em vários estados de oxidação. Ele participa da síntese de nucleotídeos, metabolismo de aminoácidos e reações de metilação. O ciclo do folato fornece as unidades de carbono necessárias para a síntese de purinas e timidilato, tornando-o um alvo para medicamentos anticancerígenos como o metotrexato.
