Koenzym A

Koenzym A (CoA, CoA∼SH) – organiczny związek chemiczny zbudowany z reszt 3′-fosforyloadenozynodifosforanu, pantotenianu i cysteaminy. W organizmach żywych służy jako przenośnik grup acylowych, które wiążą się do niego poprzez grupę tiolową (−SH). Cząsteczkę koenzymu A związaną z resztą acylową nazywa się acylokoenzymem A (acylo-CoA). Najważniejszym z takich połączeń jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA).

Koenzym A

Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C21H36N7O16P3S
Masa molowa	767,53 g/mol
Identyfikacja
Numer CAS	85-61-0
PubChem	6816
DrugBank	DB01992
SMILES CC(C)(COP(=O)(O)OP(=O)(O)OC[C@@H]1[C@H]([C@H]([C@@H](O1)N2C=NC3=C2N=CN=C3N)O)OP(=O)(O)O)C(C(=O)NCCC(=O)NCCS)O
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2015-09-16] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów hydrat koenzymu A Substancja w tej postaci nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna według kryteriów GHS (na podstawie podanej karty charakterystyki).

Struktura koenzymu A:
(1) adenozyno-3′-fosforan, (2) pirofosforan, (3) kwas pantoinowy, (4) β-alanina, (5) cysteamina
przy czym: (1)+(2) 3′-fosforan ADP, (3)+(4) kwas pantotenowy, (3)+(4)+(5) panteteina

Biosynteza

Biosynteza CoA przebiega w taki sam sposób u prokariontów i eukariontów i obejmuje pięć etapów, w których wykorzystywane są 4 cząsteczki ATP:

1. fosforylację pantotenianu w pozycji 4'
2. przyłączenie cysteiny do grupy karboksylowej
3. dekarboksylacja reszty cysteiny
4. przyłączenie reszty AMP do grupy fosforanowej
5. fosforylacja grupy 3′-hydroksylowej adenozyny.

Acylo-CoA i acetylo-CoA

Acylo-CoA, czyli acylokoenzym A to połączenie koenzymu A z resztą acylową umożliwiające jej transport w organizmie. Przenosi on grupy acylowe o długości wahającej się między 2 a 24 węglami lub nawet dłuższe elementy. Acylo-CoA powstaje w wyniku acylowania grupy tiolowej CoA:

CoASH + RCOOH → CoAS~COR + H₂O

Najważniejszym przykładem takiego połączenia jest acetylokoenzym A (acetyl-CoA), tzw. aktywny octan – produkt acetylowania koenzymu A, uczestniczący w wielu przemianach zachodzących w organizmie, np. w cyklu kwasu cytrynowego.

Acetylo-CoA odgrywa kluczową rolę w metabolizmie. Składa się z grupy acetylowej (−COCH
3) związanej kowalencyjnie z koenzymem A. Jest on na przykład bezpośrednio wykorzystywany przez połączenie z kwasem szczawiooctowym do syntezy kwasu cytrynowego, który rozpoczyna cykl kwasu cytrynowego (kwasów trójkarboksylowych). W postaci aktywnego octanu kwas octowy łączy się także z choliną, tworząc acetylocholinę, lub z sulfonamidami, które przed wydaleniem ulegają acetylacji. Acetylokoenzym A odgrywa również ważną rolę w metabolizmie lipidów – jest prekursorem cholesterolu, a tym samym hormonów steroidowych.

Tworzenie acetylo-CoA w mitochondriach

Pirogronian po wejściu do mitochondriów może ulec utlenieniu do CO₂ i H₂O (w cyklu kwasów trójkarboksylowych), bądź być wykorzystany do syntezy kwasów lub innych związków. Uprzednio jednak musi ulec utleniającej dekarboksylacji, tworząc „aktywny octan” – acetylo-CoA.

pirogronian + NAD⁺ + CoA → acetylo-CoA + NADH + H⁺ + CO₂

ΔG°= −33,5 kJ (−8,0 kcal/mol)

Faktyczny mechanizm reakcji jest znacznie bardziej złożony. W katalizującym kompleksie uczestniczą trzy enzymy główne (dehydrogenaza pirogronianowa, transacylaza liponianowa, dehydrogenaza liponianowa), pięć koenzymów (pirofosforan tiaminy, kwas liponowy, NAD+, FAD, CoA) oraz dwa enzymy regulujące (kinaza i fosfataza dehydrogenazy pirogronianowej).

Przebieg procesu zależy od stanu energetycznego komórki. Przy wysokim stężeniu ATP dehydrogenaza pirogronianowa przy udziale odpowiedniej kinazy przechodzi w nieaktywną formę ufosforylowaną, dzięki czemu cały proces ulega zahamowaniu. Przy niskim stężeniu ATP, o wysokim ADP oraz Ca²⁺ następuje pod wpływem swoistej fosfatazy defosforylacja dehydrogenazy pirogronianowej, z utworzeniem formy aktywnej enzymu.

Proces utleniającej dekarboksylacji α-ketokwasów jest źródłem czterech wiązań wysokoenergetycznych. Trzy tworzone są podczas utleniania poprzez łańcuch oddechowy powstałego NADH. Czwarte, powstałe na poziomie substratu, zmagazynowane jest w postaci ~S-CoA. Przy dekarboksylacji pirogronianu wiązanie to nie jest źródłem ATP, jest jednak wykorzystywane w procesach syntezy. Proces utleniającej dekarboksylacji pirogronianu jest nieodwracalny.

Schemat oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu zachodzącej w mitochondriach.

Bibliografia

• R. Murray, P. Mayes, V. Rodwell: Biochemia Harpera. Wyd. III. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 1995, s. 955. ISBN 83-200-1798-X.
• Lubert Stryer: Biochemia. Wyd. IV. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003, s. 1132.