Biochemie: Coenzyme und Vitamine

• Coenzyme, die vom Organismus selbst synthetisiert werden können
• Coenzyme aus Vitaminen

Sie spielen v.a. eine Rolle bei Gruppen- und Elektronenübertragungsreaktionen.

Beispiele:  

• Adenosin-Triphosphat (ATP)
• Uridin-Diphosphat (UDP)
• Ubichinon
• Cytochrome

Coenzyme aus Vitaminen sind oft komplex gebaute organische Moleküle, die der menschliche oder tierische Organismus nicht selbst synthetisieren kann --> Aufnahme aus Nahrung.

Ihre Funktionen sind sehr vielfältig und beinhalten Wasserstoffübertragungen, Carboxylierungen, Decarboxylierungen, Transaminierungen, C1 (Methyl)-Gruppenübertragungen, etc.

• Coenzym: Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid (NAD⁺)   Vitamin: Nicotinsäure, Niacin
• Coenzym: Flavin-Adenin-Dinucleotid (FAD)               Vitamin: Riboflavin, Vit. B₂
• Coenzym: Pyridoxalphosphat                                     Vitamin: Vit. B₆
• Coenzym: Coenzym A                                                Vitamin: Pantothensäure
• Coenzym: Ascorbinsäure                                           Vitamin: Vit. C

Vitamine sind für den Organismus essentielle Verbindungen, die in geringen Mengen für die Aufrechterhaltung von Stoffwechselfunktionen benötigt werden.

• Sie wirken als Coenzyme
• aktivieren Transkriptionsfaktoren
• sind Bestandteile des Verteidigungssystems gegen den oxidativen Stress

in wasser- und in fettlösliche Vitamine

• Vit. A: Retinol
• Vit. D: Cholecalciferol
• Vit. E: Tocopherol, Tocotrienol
• Vit K: Phylochinon (K1); Menachinon (K2)

• Vit. C:        Ascorbinsäure
• Vit. B1:      Thiamin
• Vit. B2:      Riboflavin, Niacin(amid), 
• Vit. B6:      Pyridoxin, Panthothensäure, Biotin, Folsäure
• Vit. B12:    Cobalamin

Vitamin → Intestinale Resorption → Transport im Blut → Aufnahme in Zellen → Umwandlung zum Coenzym → Assoziation mit Apoenzym (=Protein ohne Coenzym) → Enzym (Holoenzym)

• unzureichende Zufuhr
• gestörte intestinale Resorption
• gestörte Überführung in die Coenzymform

Ein ernährungsbedingter, genereller Vitaminmangel erzeugt ein eher unspezifisches, jedoch schweres Krankheitsbild. Mit fortschreitender Dauer des Mangels treten Störungen im Zellstoffwechsel auf, gefolgt von morphologischen Veränderungen an verschiedensten Organen.

• Cosubstrate: Coenzyme, die nur vorübergehend von ihrem Enzym gebunden werden (und an anderer Stelle regeneriert). Bsp. ATP --> ADP + P_i
• Prosthetische Gruppe: Coenzyme, die kovalent ans Enzym gebunden bleiben.

Bei Metalloenzymen nehmen Metallionen an der enzymatischen Reaktion teil. Sie sind entweder als Bestandteile von prosthetischen Gruppen im Enzym integriert oder werden direkt durch Aminosäureseitenketten komplexiert. (vergl. Kärtchen Enzyme)

Metallionen werden dadurch zu wichtigen Cofaktoren von enzymatischen Reaktionen, was auch die Bedeutung der meisten Spurenelemente erklärt.

Als häufigste Metallionen in Enzymen sind Fe2+, Cu2+, Zn2+, und Mg2+ zu nennen.

Quellen: Hefe, mageres Fleisch, Leber, Geflügel

Bedarf: Nahrungsabhängig; 13-17 mg Niacin(amid) pro Tag.
Da NAD⁺ und NADP⁺ auch aus einem Zwischenprodukt des Tryptophanstoffwechsels synthetisiert werden können, kann Niacin resp. Niacinamid durch Tryptophan ersetzt werden.

Pathobiochemie: Niacinmangel führt zu Pellagra ("kranke Haut"); Vorkommen in Afrika, Südosteuropa, Südamerika, v.a. bei Bevölkerungsgruppen mit Maisreicher Nahrung.

Stoffwechsel: Niacin und Niacinamid werden nach der Resorption in allen Zellen des Gewebes zur Biosynthese von NAD⁺, resp. NADP⁺ verwendet.

Biochemische Funktion: Als Bestandteil von Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid [-Phosphat] (NAD[P]⁺) ist Niacinamid bei einer Vielzahl von Redoxreaktionen im Stoffwechsel beteiligt.

Quellen: Kommt in fast allen Nahrungsmitteln von

Bedarf: 6mg pro Tag

Pathobiochemie: Da es in fast allen Nahrungsmitteln vorkommt, sind Mangelzustände nicht bekannt.

Stoffwechsel: Die biologisch aktive Form von Pantothensäure ist das Coenzym A, das in der Zelle durch Koppelung mit ATP und Cystein gebildet wird.

Biochemische Funktionen: Coenzym A aktiviert Stoffwechselmetabolite durch Bildung eines Thioesters (energiereiche Verbindung). Die durch Hydrolyse von Coenzym A frei werdende Energie wird zur Ausbildung von chemischen Bindungen verwendet. Das Acetyl-CoA (=aktivierte Essigsäure) gilt als DIE zentrale Verbindung im Intermediärstoffwechsel.

Dies ist möglich durch das Koppeln von energetisch günstigen Reaktionen mit energetisch ungünstigen Reaktionen

In der Zelle laufen energetisch günstige Reaktionen oftmals nicht zeitgleich - oder nicht am gleichen Ort - mit energetisch ungünstigen Reaktionen ab, d.h. die gewonnene chemische Energie muss in ‚aktivierten Überträgermolekülen‘ gespeichert werden.!

• Die meisten katabolen Stoffwechselwege sind konvergent
• die meisten anabolen Stoffwechselwege sind divergent

• Dazwischen befinden sich ein paar wenige metabolische Knotenpunkte, d.h. Metabolite, die beiden Richtungen gemeinsam sind. 

Die meisten Zellen haben die Fähigkeit, bestimmte Moleküle sowohl ab-, wie auch aufzubauen. Damit diese Stoffwechselwege nicht zu sinnlosen Zyklen werden (gleichzeitiger Auf- und Abbau wäre pure Energieverschwendung!), sind die entgegengesetzten Wege oft gegenläufig reguliert.

Nahrung -- Abbau (Verdauungsenzyme), Resorption (Transportproteine)--> Kohlenhydrate, FS, AS -- Verteilung an Gewebe (Blut)--> Energiereserve im Gewebe (Glykogen, Fett, Protein) -- Glykolyse, Betta-Oxidation, AS-Abbau --> Citratzyklus, Atmungskette --> Energieproduktion

verg. Bild

• Glycogen --> Glukose --Glykolyse--> Pyruvat + ATP --> Acetyl-CoA
• Fett --> FS --Beta-Oxidation--> NADH/FADH₂ + Acetyl-CoA
• Proteine --> AS --AS-Abbau--> -NH₂ + Acetyl-CoA

Bei der Glykolyse wird bereits durch Substratkettenphosphorylierung ATP gewonnen; bei den andern Abbauwegen entstehen neben Acetyl-CoA lediglich reduzierte Coenzyme (NADH und FADH2). Diese werden dann in den Mitochondrien zur ATP-Produktion verwendet.
Das Acetyl-CoA wird im Citratzyklus (Krebszyklus) unter Energiegewinn vollständig zu CO2 und H2O oxidiert.

In der Darmwand und der Leber kommt das Enzym Cytochrom P450 3A4 vor, welches verantwortlich ist für den Abbau von vielen Medikamenten. Cytochrom P450 3A4 (und seine Verwanten) bauen viele Medikamente bereits in der Darmwand ab, was dazu führt das nur ein Teil dieser Medikamente ins Blut gelangt. Inhaltsstoffe der Grapefruit heften sich an CYP3A4 und schalten es damit aus. Folglich gerät oft ein Vielfaches der vorgesehenen Arzneistoffmenge in den Blutkreislauf und kann entsprechend starke Nebenwirkungen verursachen. 

Viele Tintlinge enthalten das Pilzgift Coprin. Wird Coprin erhitzt, so zerfällt es zu Glutaminsäure und 1-Aminocyclopropanol. 1-Aminocyclopropanol inhibiert das Enzym Acetaledhyddehydrogenase (ALDH). Dieses Enzym hilft beim Abbau von Alkohol. Wir es blockiert, so reichert sich im Körper Acetaldehyd (wird nicht mehr zu Essigsäure umgewandelt) an, was zu den obengenannnten Symptome führt. 

Es ist auch als Disulfiram-(=Antabus) ähnliches-Syndrom bekannt.