Cofaktor-Definition
Ein Cofaktor ist eine Nicht-Protein-Chemikalie, die bei einer biologischen chemischen Reaktion hilft. Co-Faktoren können Metallionen, organische Verbindungen oder andere Chemikalien sein, die hilfreiche Eigenschaften haben, die normalerweise nicht in Aminosäuren vorkommen. Einige Cofaktoren können im Körper hergestellt werden, wie z. B. ATP, während andere über die Nahrung aufgenommen werden müssen.
Mineralien zum Beispiel stammen aus der Umwelt und können von keiner lebenden Zelle von Grund auf neu hergestellt werden. Die organischen Verbindungen, die wir als „Vitamine“ bezeichnen, sind Cofaktoren, die unser eigener Körper nicht herstellen kann, daher müssen wir sie aus der Nahrung aufnehmen, damit unsere Zellen wesentliche Lebensfunktionen erfüllen können.
Auf biochemischer Ebene sind Cofaktoren wichtig, um zu verstehen, wie biologische Reaktionen ablaufen. Die Anwesenheit oder Abwesenheit von Cofaktoren kann bestimmen, wie schnell Reaktionen von ihrem Reaktanten zu ihrem Produkt ablaufen.
Auf biologischer Ebene ist das Verständnis von Cofaktoren wichtig, um die Gesundheit zu verstehen. Ohne die richtigen Cofaktoren können Menschen und andere Tiere schwere Krankheiten und sogar den Tod entwickeln.
Funktion von Cofaktoren
Cofaktoren dienen im Allgemeinen dazu, chemische Gruppen oder Eigenschaften zu liefern, die in anderen chemischen Gruppen nicht zu finden sind.
ATP zum Beispiel ist ein Cofaktor mit einer einzigartigen Fähigkeit, Energie zu übertragen, um chemische Prozesse wie die Aktivität von Enzymen und Transportproteinen voranzutreiben.
Häm hingegen ist ein chemischer Komplex, der Eisen enthält, wodurch sich Häm auf einzigartige Weise an Sauerstoffmoleküle binden kann. Häm ist notwendig, damit unsere Blutzellen Sauerstoff durch unseren Körper transportieren können.
Es gibt Dutzende von bekannten Cofaktoren, von denen jeder für mehrere biochemische Reaktionen notwendig sein kann, wie unten dargestellt.
Infolgedessen können die Funktionen von Cofaktoren so vielfältig sein wie ihre chemischen Strukturen und Eigenschaften.Die weitreichenden Auswirkungen von Cofaktoren können durch die Untersuchung von Vitaminmangel gesehen werden: Mängel an verschiedenen Vitaminen, von denen viele Cofaktoren sind, haben viele verschiedene negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit.
Arten von Cofaktoren
Vitamine
Vitamine sind organische Verbindungen, die Cofaktoren für notwendige biochemische Reaktionen sind. Vitamine müssen in der Regel über die Nahrung aufgenommen werden, da sie nicht im Körper hergestellt werden können.
Viele Vitamine sind Cofaktoren, die Enzymen helfen, Reaktionen wie die Produktion wichtiger Proteine zu katalysieren. Vitamin C ist beispielsweise ein Cofaktor für die Produktion des Bindegewebskollagens.
Aus diesem Grund können Menschen mit Skorbut – einer schweren Form von Vitamin C–Mangel – Bindegewebsprobleme haben, einschließlich Muskelschwäche, Muskelkater und sogar unerklärliche Blutungen, da das Bindegewebe der Blutgefäße nicht ersetzt werden kann.
Vitaminmangel ist ein gutes Beispiel für die Auswirkungen von Co-Faktor-Mangel. So wie es viele mögliche Vitaminmängel mit vielen verschiedenen Symptomen gibt, gibt es viele verschiedene Co-Faktoren, die unser Körper benötigt, um seine vielfältigen notwendigen biochemischen Reaktionen durchzuführen.Der Bedarf des Körpers an verschiedenen Vitamin-Cofaktoren ist auch der Grund, warum Ernährungswissenschaftler den Menschen raten, „den Regenbogen zu essen“ – viele Pflanzenfarben werden von Cofaktoren produziert.
Mineralien
Wie Vitamine sind Mineralien Chemikalien von außerhalb des Körpers, die aufgenommen werden müssen, damit unsere Zellen richtig funktionieren können. Der Unterschied besteht darin, dass Vitamine organische Moleküle sind – kohlenstoffhaltige Moleküle, die oft von anderen Lebewesen hergestellt werden – Mineralien anorganische Substanzen sind, die natürlich vorkommen und häufig in Gesteinen und Böden vorkommen.
Mineralien gelangen oft aus Pflanzen in unsere Ernährung, die sie durch ihre Wurzeln zusammen mit Wasser aus dem Boden ziehen. In einigen seltenen Fällen können Menschen mit Vitaminmangel den Drang verspüren, bestimmte Bodenarten zu essen, um die Mineralien direkt aus dem Boden zu gewinnen.Mineralien, die für die menschliche Gesundheit wichtig sind, umfassen Kupfer, das für die Funktion einiger wichtiger Leberenzyme notwendig ist, die Toxine abbauen; Eisen, das für die Funktion einiger wichtiger Stoffwechselenzyme notwendig ist; Magnesium, das für die Funktion von DNA-Polymerase und anderen Enzymen notwendig ist; und Zink, das auch für DNA-Polymerase sowie einige Leberenzyme notwendig ist.Wie bei Vitaminen kann es zu viel des Guten geben – während Mineralien in kleinen Mengen notwendig sind, damit unser Stoffwechsel funktioniert, kann die Einnahme großer Dosen zu Toxizität und Tod führen. In der Tat sind Überdosierungen von eisenhaltigen Multivitaminen eine der häufigsten Todesursachen bei Kindern unter 4 Jahren, die diese Multivitamine möglicherweise mit Süßigkeiten verwechseln.
Organische Nicht-Vitamin-Cofaktoren
Einige Cofaktoren sind organische Substanzen, die nicht als Enzyme klassifiziert sind. Einige davon können in unserem eigenen Körper hergestellt werden und sind daher nicht als Vitamine qualifiziert.Zu den organischen Nicht-Vitamin-Cofaktoren gehören ATP – ein essentieller Assistent vieler biochemischer Prozesse, der Energie auf zahlreiche Enzyme, Transportproteine und mehr überträgt; Coenzym Q, das eine wichtige Rolle in der mitochondrialen Transportkette spielt; und Häm, eine komplexe eisenhaltige Verbindung, die für unsere Blutzellen notwendig ist, um Sauerstoff durch unseren Körper zu transportieren.
Beispiele für Cofaktoren
Thiamin (Vitamin B3)
Thiamin ist ein Vitamin, das hauptsächlich in essbaren Samen wie Bohnen, Mais und Reis vorkommt. Um die öffentliche Gesundheit zu verbessern, wird Thiamin weizenhaltigen Produkten wie Frühstückscerealien häufig künstlich zugesetzt.
Im Körper wird Thiamin zur Herstellung vieler Coenzyme verwendet, die wichtige Prozesse unterstützen. Es wird zu Thiaminpyrophosphat verarbeitet, das zum Abbau von Zuckern und Aminosäuren erforderlich ist.Schwerer Thiaminmangel ist eine Ursache des Korsakoff-Syndroms – eine seltene neurologische Störung, die bei Menschen mit schwerer Alkoholabhängigkeit auftritt. Beim Korsakoff-Syndrom führen schwere Unterernährung, Thiaminmangel und Hirnschäden durch übermäßigen Alkoholkonsum zu schweren Symptomen, einschließlich Gedächtnisstörungen. Einige Patienten mit Koraskoff-Syndrom sind nicht in der Lage, neue Erinnerungen zu bilden, weil der Stoffwechsel ihres Gehirns so beeinträchtigt ist.
Folsäure (Vitamin B9)
Folsäure ist ein weiteres Vitamin, das heute häufig Lebensmitteln zugesetzt wird, um die öffentliche Gesundheit zu verbessern. Es ist notwendig, dass der Körper DNA, RNA und Aminosäuren produziert, die für Wachstum und Zellteilung notwendig sind.Dies macht Folsäure besonders wichtig für schwangere Frauen, deren Föten sehr schnell neue Zellen und Gewebe produzieren. Ein Mangel an Folsäure kann zu Geburtsfehlern bei Säuglingen oder zu Anämie bei schwangeren Frauen führen, die möglicherweise nicht in der Lage sind, genügend neue Blutzellen zu bilden, um sowohl sie als auch das Baby zu versorgen.
Aus diesem Grund wird empfohlen, dass alle Frauen im gebärfähigen Alter mit ihren Ärzten über die Einnahme von Folsäurepräparaten sprechen. Schwangerschaftsergebnisse sind am besten, wenn genügend Folsäure im Körper der Mutter vorhanden ist, noch bevor die Schwangerschaft beginnt.
Eisen-Schwefel-Cluster
Eisen–Schwefel–Cluster sind – Sie haben es erraten – Cluster von Eisen- und Schwefelionen, die stabile Anordnungen bilden können. Diese Cluster haben viele einzigartige Eigenschaften, die in Aminosäuren oder anderen organischen Verbindungen nicht vorkommen.
Die einzigartigen Eigenschaften von Eisen-Schwefel-Clustern machen sie sehr nützlich für biologische Reaktionen mit Elektronentransfers. Sowohl Eisen als auch Schwefel können Elektronen leichter speichern und freisetzen als häufigere Atome wie Kohlenstoff.Dies macht Eisen-Schwefel-Cluster zu einem wichtigen Bestandteil von Cofaktoren und Enzymen, die am Elektronentransfer und am Energietransfer beteiligt sind, einschließlich NADH-Dehydrogenase, Coenzym Q, Cytochrom C und Komplex I und Komplex II in den Mitochondrien.
- Enzym – Ein Protein, das die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht. Enzyme ermöglichen das Leben, indem sie Reaktionen katalysieren, die sonst sehr langsam ablaufen würden.
- Mineral – Eine natürlich vorkommende anorganische Substanz, die häufig in Gesteinen vorkommt. Einige Mineralien haben chemische Eigenschaften, die von Zellen verwendet werden, um ihre Lebensprozesse zu erleichtern.
- Vitamin – Eine organische Verbindung, die für die biologische Aktivität essentiell ist. Vitamine müssen in der Ernährung eines Organismus konsumiert werden, wenn der Organismus sie nicht selbst herstellen kann.
Quiz
1. Was ist, wenn das Folgende WAHRSCHEINLICH kein Cofaktor ist?
A. Vitamin A
B. Eisen
C. ATP
D. Keines der oben genannten.
2. Warum kann ein Mineral als Cofaktor nützlich sein?
A. Mineralien können sehr unterschiedliche chemische Eigenschaften von organischen Verbindungen wie Kohlenstoff haben.B. Einige Mineralien können Elektronen besser aufnehmen und abgeben als organische Verbindungen.C. Mineralien umfassen Atome, die nicht von Lebewesen produziert werden können, sondern aus der Umwelt gewonnen werden können.
D. Alle oben genannten.
3. Warum ist es wichtig, eine Vielzahl von Obst und Gemüse zu essen?
A. Weil Obst und Gemüse Mineralien enthalten, die sie durch ihre Wurzeln aus dem Boden aufnehmen.B. Weil Obst und Gemüse organische Verbindungen enthalten, die Tiere nicht selbst herstellen.
C. Weil verschiedene Obst- und Gemüsesorten unterschiedliche Cofaktoren enthalten, die für die menschliche Gesundheit notwendig sind.
D. Alle oben genannten.