Wie würde das Fehlen eines Cofaktors für ein Enzym die Funktion des Enzyms beeinflussen?

Enzyme sind Proteine, die bestimmte chemische Reaktionen katalysieren oder beschleunigen, sodass sie schneller ablaufen als ohne den Katalysator. Einige Enzyme erfordern die Anwesenheit eines zusätzlichen Moleküls oder Metallions, das als Cofaktor bezeichnet wird, bevor sie ihre Magie entfalten können. Ohne diesen Cofaktor ist das Enzym nicht mehr in der Lage, die Reaktion zu katalysieren.

Per Definition ist ein Cofaktor ein Nichtprotein-Ion oder -Molekül, das das Enzym für seine Funktion benötigt. Wird der Cofaktor entfernt, kann das Enzym seine Aufgabe nicht mehr erfüllen und wirkt nicht mehr als Katalysator. Ihr Blut enthält beispielsweise ein Enzym namens Carboanhydrase, das die Reaktion zwischen Wasser und Kohlendioxid zu Kohlensäure katalysiert. Carboanhydrase benötigt als Cofaktor ein Zinkion. Wenn kein Zink vorhanden ist, funktioniert das Enzym nicht.

Cofaktoren können positiv geladene Metallionen wie Eisen, Magnesium und Zink sein, oder sie können kleine Moleküle auf Kohlenstoffbasis wie Vitamin B12 sein. Kofaktoren mit kleinen Molekülen werden manchmal als Coenzyme bezeichnet. Viele der Vitamine, die Sie in Ihrer Ernährung benötigen, wirken als Enzym-Cofaktoren oder Vorläufer von Enzym-Cofaktoren. Einige Enzyme binden ihre Cofaktoren sehr fest, sodass der Cofaktor im Grunde ein Teil des Enzyms ist; in diesen Fällen wird der Cofaktor manchmal als prothetische Gruppe bezeichnet. Bei anderen Enzymen ist der Cofaktor nur lose gebunden oder verbunden.

Die genaue Rolle, die ein Cofaktor bei einer enzymatischen Reaktion spielt, hängt vom Enzym ab. Jedes Enzym hat seinen eigenen Reaktionsmechanismus, eine Abfolge chemischer Schritte, durch die die von ihm katalysierte Reaktion abläuft, und die Rolle des Cofaktors ist für diesen Mechanismus spezifisch. Bei der Carboanhydrase zum Beispiel steckt das Zink-Ion in einem Spalt im Protein, dem sogenannten aktiven Zentrum. Da es positiv geladen und elektronenarm ist, kann es eine Bindung mit einem vorbeiziehenden Wassermolekül eingehen, wodurch das Wassermolekül ein Wasserstoffion verlieren kann, so dass es zu einem Hydroxidion, OH-, wird. Dieses Hydroxid-Ion kann nun das Kohlenstoffatom in einem Kohlendioxid-Molekül angreifen, um Kohlensäure zu bilden. Durch die Bindung des Wassermoleküls und die Möglichkeit, ein Wasserstoffion zu verlieren, hat das Zinkion dem Enzym geholfen, die Reaktion zu erleichtern.

Ein Enzym seines Cofaktors zu entziehen ist manchmal eine gute Möglichkeit, das Enzym daran zu hindern, eine unerwünschte Reaktion zu katalysieren. Wenn Studenten oder Wissenschaftler beispielsweise DNA extrahieren, wollen sie sicherstellen, dass die DNA nicht durch Enzyme, die DNAsen genannt werden, zerkleinert wird. Die Zugabe von EDTA zum Reaktionsgemisch verhindert, dass DNAsen funktionieren, da das EDTA Magnesiumionen angreift und sie in der Lösung bindet; Magnesium ist ein Cofaktor, den DNAsen benötigen, um zu funktionieren.