Кофактор е химично съединение, което не е протеин, но е свързано с протеин и е необходимо за биологичната активност на протеина. В повечето случаи протеинът е ензим, а кофакторът подпомага работата на ензима — в този смисъл органичните кофактори често се наричат коензими.

Кофакторите могат да бъдат много различни по природа и начин на свързване с ензима. Ако кофакторът е свързан чрез силна или ковалентна връзка с протеина, той се нарича протетична група. Ако връзката е временна и кофакторът се отделя след реакцията, той се нарича косубстрат. Видът на свързване има значение за начина, по който ензимът използва кофактора и за възможността за неговата регенерация.

Роля на кофакторите при ензимите

Кофакторите изпълняват няколко основни функции при каталитичните процеси:

  • участват пряко в преноса на електрони (редокс реакции);
  • прехвърлят химични групи (например ацил-, метил- или аминогрупи);
  • стабилизират заредени междинни продукти или преходни състояния;
  • подпомагат свързването на субстрата и правилната пространствена структура на активното място;
  • осигуряват структурна цялост на някои ензими.

Видове кофактори

Основни категории кофактори:

  • Неорганични йони — метални йони като Zn2+, Mg2+, Fe2+/Fe3+, Cu2+ често са необходими за ензимна активност и участват в каталитичния механизъм или в свързването на субстрата.
  • Органични молекули (коензими) — много от тях са производни на витамини (например NAD+/NADH и FAD/FADH2 от ниацин и рибофлавин, коензим A от пантотенова киселина, пиридоксал фосфат от витамин B6, тиамин пирофосфат, биотин, фолати и др.).
  • Сложни ко-фактори с органична и неорганична част — например хемо-групи, в които метален йон е свързан с органична рамка (heme, Fe‑S клъстери и др.).

Апоензим и холоензим

Ензимът без свързан кофактор се нарича апоензим, а ензимът с прикрепен кофактор — холоензим. Много ензими са активни само като холоензими; липсата на съответния кофактор прави апоензима неактивен.

Примери и биологично значение

Няколко примера и важни факти:

  • Карбоангидразата използва Zn2+ за катализа на хидратацията на CO2.
  • Комплексът пируват дехидрогеназа изисква множество кофактори (тиамин пирофосфат, липоева киселина, FAD, NAD+ и коензим A) за окислително декарбоксилиране на пирувата.
  • Много метаболитни пътища зависят от витамини, тъй като витамините служат като прекурсори на коензими; при дефицит на витамин се нарушава функцията на свързаните ензими и се появяват метаболитни заболявания.

Медицинска и приложна значимост

Разбирането на кофакторите е важно за диагностика и лечение: дефицитът на витамини води до недостатъчност на съответните коензими и до заболявания (например бери-бери, скорбут и др.). Метални йони могат да бъдат мишена на лекарства или токсини, а chelation терапията се използва при отравяния с тежки метали. Някои лекарства действат като антагонисти на кофактори или имитират тяхната структура, за да инхибират ензими.

Кратко обобщение: кофакторите са незаменими малки молекули или йони, които разширяват каталитичните възможности на белтъците и са от ключово значение за метаболизма, регулацията и здравето на организма.