酵素の補因子の欠如は酵素の機能にどのように影響しますか？

酵素は、特定の化学反応を触媒または加速するタンパク質であるため、触媒がない場合よりも速く進みます。 一部の酵素は、魔法を働かせる前に、補因子と呼ばれる追加の分子または金属イオンの存在を必要とします。 この補因子がないと、酵素は反応を触媒することができなくなります。

定義上、補因子は、酵素がその機能のために必要とする非タンパク質イオンまたは分子です。 補因子が除去されると、酵素はその役割を果たせなくなり、触媒として機能しなくなります。 たとえば、血液には炭酸脱水酵素と呼ばれる酵素が含まれており、水と二酸化炭素の反応を触媒して炭酸を生成します。 炭酸脱水酵素は補因子として亜鉛イオンを必要とします。 亜鉛が存在しない場合、酵素は機能しません。

補因子は、鉄、マグネシウム、亜鉛などの正に帯電した金属イオンである場合もあれば、ビタミンB12などの小さな炭素ベースの分子である場合もあります。 小分子補因子は、補酵素と呼ばれることもあります。 食事に必要なビタミンの多くは、酵素補因子または酵素補因子の前駆体として機能します。 一部の酵素は補因子に非常に強く結合するため、補因子は基本的に酵素の一部です。 これらの場合、補因子は補欠分子族と呼ばれることもあります。 他の酵素の場合、補因子は緩く結合または結合しているだけです。

補因子が酵素反応で果たす正確な役割は、酵素によって異なります。 各酵素には独自の反応メカニズム、それが触媒する反応が起こる一連の化学ステップがあり、補因子の役割はそのメカニズムに固有です。 たとえば、炭酸脱水酵素では、亜鉛イオンが活性部位と呼ばれるタンパク質の裂け目に詰まっています。 正に帯電していて電子が不足しているため、通過する水分子と結合を形成し、水分子が水素イオンを失って水酸化物イオンOH-になる可能性があります。 この水酸化物イオンは、二酸化炭素分子の炭素原子を攻撃して炭酸を形成することができます。 水分子を結合し、水素イオンを失うことを可能にすることによって、亜鉛イオンは酵素が反応を促進するのを助けました。

酵素からその補因子を奪うことは、酵素が望ましくない反応を触媒するのを防ぐ良い方法である場合があります。 たとえば、学生や科学者がDNAを抽出しているとき、彼らはDNAがDNAsesと呼ばれる酵素によって切り刻まれないようにしたいのです。 EDTAを反応混合物に加えると、EDTAがマグネシウムイオンをつかんで溶液中で結合するため、DNAseが機能しなくなります。 マグネシウムは、DNA分解酵素が機能するために必要な補因子です。