कोएंजाइम ए

कोएंजाइम ए (CoA, SHCoA, CoASH) ऐसा कोएंजाइम है, जो वसा अम्ल के संश्लेषण एवं ऑक्सीकरण, एवं साइट्रिक अम्ल चक्र में पाइरूवेट के ऑक्सीकरण में अपनी भूमिका के लिए उल्लेखनीय है। आज तक अनुक्रमित सभी जीनोम उन प्रकिण्वों को एनकोड करते हैं जो कोएंजाइम ए को सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) के रूप में उपयोग करते हैं, एवं लगभग 4% सेलुलर एंजाइम सब्सट्रेट के रूप में इसका (या थिओस्टर) का उपयोग करते हैं। मनुष्यों में, CoA जैवसंश्लेषण के लिए सिस्टीन, पैंथोथेटिक अम्ल (विटामिन B5) एवं एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) की आवश्यकता होती है। एसिटाइल रूप में, कोएंजाइम ए अत्यधिक बहुमुखी अणु है, जो उपचय एवं अपचय दोनों मार्गों में चयापचय कार्य करता है। एसिटाइल-CoA का उपयोग पाइरुविक अम्ल संश्लेषण एवं कमी के विभाजन को बनाए रखने एवं समर्थन करने के लिए पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एवं कार्बोज़ाइलेस के अनुवादोत्तर विनियमन एवं एलोस्टेरिक विनियमन में किया जाता है।

संरचना की शोध
कोएंजाइम ए की पहचान फ़्रिट्ज़ लिपमैन ने 1946 में की थी, जिसने पश्चात इसे इसका नाम भी दिया गया था। इसकी संरचना 1950 के दशक के प्रारंभ में लिस्टर संस्थान, लंदन में लिपमैन एवं हार्वर्ड मेडिकल विद्यालय एवं मैसाचुसेट्स जनरल चिकित्सालय के अन्य कर्मचारियों द्वारा मिलकर निर्धारित की गई थी। लिपमैन ने प्रारंभ में जानवरों में एसिटाइल स्थानांतरण का अध्ययन करने का विचार किया था, एवं इन प्रयोगों से उन्होंने विचित्र कारक देखा जो एंजाइम अर्क में उपस्थित नहीं था किन्तु जानवरों के सभी अंगों में स्पष्ट था। वह सुअर के जिगर से कारक को भिन्न एवं शुद्ध करने में सक्षम था एवं यह ज्ञात हुआ कि इसका कार्य कोएंजाइम से संबंधित था जो कोलीन एसिटिलेशन में सक्रिय था। बेवर्ली गिरार्ड, नाथन ओ. कपलान एवं अन्य के साथ कार्य करके यह निर्धारित किया गया कि पैंटोथेनिक अम्ल कोएंजाइम ए का केंद्रीय घटक था।  एसीटेट के सक्रियण के लिए कोएंजाइम को कोएंजाइम ए नाम दिया गया था। 1953 में, फ्रिट्ज़ लिपमैन ने कोएंजाइम A की शोध एवं मध्यस्थ चयापचय के लिए इसके महत्व के लिए फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार जीता था।

जैवसंश्लेषण
कोएंजाइम ए प्राकृतिक रूप से पैंटोथेनिक अम्ल (विटामिन B5) से संश्लेषित होता है, जो मांस, सब्जियां, अनाज, फलियां, अंडे एवं दूध जैसे भोजन में पाया जाता है। मनुष्यों एवं अधिकांश जीवित जीवों में, पैंटोथेनेट आवश्यक विटामिन है जिसके विभिन्न प्रकार के कार्य होते हैं। एस्चेरिचिया कोली सहित कुछ पौधों एवं बैक्टीरिया में, पैंटोथेनेट को नए रूप से संश्लेषित किया जा सकता है एवं इसलिए इसे आवश्यक नहीं माना जाता है। ये बैक्टीरिया अमीनो अम्ल एस्पार्टेट एवं वेलिन बायोसिंथेसिस में मेटाबोलाइट से पैंटोथेनेट को संश्लेषित करते हैं। सभी जीवित जीवों में, कोएंजाइम ए को पांच-चरणीय प्रक्रिया में संश्लेषित किया जाता है जिसके लिए एटीपी, पैंटोथेनेट एवं सिस्टीन के चार अणुओं की आवश्यकता होती है। (रेखा - चित्र देखें): पैंटोथिनेट (विटामिन B5) एंजाइम पैंटोथेनेट किनेसे (PanK; CoaA; CoaX) द्वारा 4′-फॉस्फोपेंटोथेनेट में फॉस्फोराइलेट किया जाता है। यह CoA जैवसंश्लेषण में प्रतिबद्ध चरण है एवं इसके लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। 4'-फॉस्फो-एन-पैंटोथेनॉयलसिस्टीन (पीपीसी) बनाने के लिए एंजाइम फ़ॉस्फ़ोपैंटोथेनॉयलसिस्टीन सिंथेटेज़ (PPCS; CoaB) द्वारा 4'-फॉस्फोपैंटोथेनेट में सिस्टीन मिलाया जाता है। यह चरण एटीपी हाइड्रोलिसिस के साथ जुड़ा हुआ है। पीपीसी को फ़ॉस्फ़ोपैंटोथेनॉयलसिस्टीन डिकार्बोक्सिलेज़ (PPC-DC; CoaC) द्वारा 4'-फॉस्फोपेंटेथीन में डीकार्बोक्सिलेट किया जाता है।
 * 1) 4′-फॉस्फोपेंटेथीन को प्रकिण्व पेंटेथीन-फॉस्फेट एडेनिलिलट्रांसफेरेज़ (COASY; PPAT; CoaD) द्वारा डीफॉस्फो-CoA बनाने के लिए एडिनाइलेट (या अधिक उचित रूप से, एएमपीयलेट) किया जाता है।
 * 2) अंत में, डेफॉस्फो-CoA को एंजाइम डीफॉस्फो-CoA काइनेज (COASY, DPCK; CoaE) द्वारा कोएंजाइम ए में फॉस्फोराइलेट किया जाता है। इस अंतिम चरण के लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। कोष्ठक में प्रकिण्व नामकरण संक्षिप्ताक्षर क्रमशः स्तनधारी, अन्य यूकेरियोटिक एवं प्रोकैरियोटिक प्रकिण्वों का प्रतिनिधित्व करते हैं। स्तनधारियों में चरण 4 एवं 5 COASY नामक द्विकार्यात्मक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होते हैं। यह मार्ग उत्पाद निषेध द्वारा नियंत्रित होता है। CoA पैंटोथेनेट किनेज़ के लिए प्रतिस्पर्धी अवरोधक है, जो सामान्यतः एटीपी को बांधता है। कोएंजाइम ए, तीन एडीपी, मोनोफॉस्फेट एवं डाइफॉस्फेट जैवसंश्लेषण से प्राप्त होते हैं।

जब इंट्रासेल्युलर कोएंजाइम ए का स्तर कम हो जाता है एवं डे नोवो मार्ग व्यर्थ हो जाता है, तो कोएंजाइम ए को वैकल्पिक मार्गों के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है। इन मार्गों में, 4'-फॉस्फोपेंटेथीन का उत्पादन करने के लिए कोएंजाइम ए को भोजन जैसे बाहरी स्रोत से प्रदान करने की आवश्यकता होती है। एक्टोन्यूक्लियोटाइड पाइरोफॉस्फेट (ईएनपीपी) कोएंजाइम ए को 4′-फॉस्फोपेंटेथीन, जीवों में स्थिर अणु में विघटित करता है। एसाइल वाहक प्रोटीन (एसीपी) (जैसे एसीपी सिंथेज़ एवं एसीपी डिग्रेडेशन) का उपयोग 4′-फॉस्फोपेंटेथीन के उत्पादन के लिए भी किया जाता है। यह मार्ग कोशिका में 4′-फॉस्फोपेंटेथीन को पुनः से भरने की अनुमति देता है एवं एंजाइम, पीपीएटी एवं पीपीसीके के माध्यम से कोएंजाइम ए में रूपांतरण की अनुमति देता है।

व्यावसायिक उत्पादन

कोएंजाइम ए का उत्पादन व्यावसायिक रूप से खमीर से निष्कर्षण के माध्यम से किया जाता है, चूंकि यह अप्रभावी प्रक्रिया है (लगभग 25 मिलीग्राम/किलोग्राम उपज) जिसके परिणामस्वरूप मूल्यवान उत्पाद बनता है। CoA को कृत्रिम या अर्ध-कृत्रिम रूप से उत्पादित करने के विभिन्न उपायों की परिक्षण की गई है, चूंकि कोई भी वर्तमान में औद्योगिक स्तर पर कार्य नहीं कर रहा है।

फैटी अम्ल संश्लेषण
चूंकि कोएंजाइम ए, रासायनिक दृष्टि से, थिओल है, यह कार्बोज़ाइलिक तेजाब के साथ प्रतिक्रिया करके थायोएस्टर बना सकता है, इस प्रकार एसाइल समूह वाहक के रूप में कार्य करता है। यह फैटी अम्ल को कोशिका द्रव्य से माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानांतरित करने में सहायता करता है। एसाइल समूह ले जाने वाले कोएंजाइम ए के अणु को एसाइल CoA भी कहा जाता है। जब यह एसाइल समूह से जुड़ा नहीं होता है, तो इसे सामान्यतः 'CoAएसएच' या 'एचएसCoA' कहा जाता है। यह प्रक्रिया कोशिकाओं में फैटी अम्ल के उत्पादन को सुविधाजनक बनाती है, जो कोशिका झिल्ली संरचना में आवश्यक हैं।

कोएंजाइम ए फॉस्फोपेंटेथिन समूह का भी स्रोत है जिसे एसाइल कैरियर प्रोटीन एवं फॉर्माइलटेट्राहाइड्रोफोलेट डिहाइड्रोजनेज जैसे प्रोटीन में कृत्रिम समूह के रूप में जोड़ा जाता है।

ऊर्जा उत्पादन
कोएंजाइम ए पांच महत्वपूर्ण कोएंजाइमों में से एक है जो साइट्रिक अम्ल चक्र के प्रतिक्रिया तंत्र में आवश्यक हैं। इसका एसिटाइल-कोएंजाइम ए फॉर्म साइट्रिक अम्ल चक्र में प्राथमिक इनपुट है एवं ग्लाइकोलाइसिस, एमिनो अम्ल चयापचय एवं फैटी अम्ल बीटा ऑक्सीकरण से प्राप्त होता है। यह प्रक्रिया शरीर की प्राथमिक अपचय है एवं कार्बोहाइड्रेट, अमीनो अम्ल एवं लिपिड जैसे कोशिका के निर्माण खंडों को तोड़ने के लिए आवश्यक है।

विनियमन

जब अतिरिक्त ग्लूकोज होता है, तो फैटी अम्ल के संश्लेषण के लिए कोएंजाइम ए का उपयोग साइटोसोल में किया जाता है। यह प्रक्रिया एसिटाइल-CoA कार्बोक्सिलेज़ के विनियमन द्वारा कार्यान्वित की जाती है, जो फैटी अम्ल संश्लेषण में प्रतिबद्ध चरण को उत्प्रेरित करती है। इंसुलिन एसिटाइल-CoA कार्बोक्सिलेज को उत्तेजित करता है, जबकि एपिनेफ्रीन एवं ग्लूकागन इसकी गतिविधि को रोकते हैं। कोशिका भुखमरी के समय, कोएंजाइम ए संश्लेषित होता है एवं साइटोसोल में फैटी अम्ल को माइटोकॉन्ड्रिया तक पहुंचाता है। यहां, ऑक्सीकरण एवं ऊर्जा उत्पादन के लिए एसिटाइल-CoA उत्पन्न होता है। साइट्रिक अम्ल चक्र में, कोएंजाइम ए एंजाइम पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की उत्तेजना में एलोस्टेरिक नियामक के रूप में कार्य करता है।

एंटीऑक्सीडेंट कार्य एवं विनियमन
कोएंजाइम ए के नवीन एंटीऑक्सीडेंट कार्य की शोध सेलुलर घृष्टता के समय इसकी सुरक्षात्मक भूमिका पर प्रकाश डालती है। ऑक्सीडेटिव एवं चयापचय घृष्टता के अधीन स्तनधारी एवं जीवाणु कोशिकाएं कोएंजाइम ए द्वारा प्रोटीन सिस्टीन अवशेषों के सहसंयोजक संशोधन में महत्वपूर्ण वृद्धि दिखाती हैं। इस प्रतिवर्ती संशोधन को प्रोटीन सहसंयोजन (प्रोटीन-S-SCoA) कहा जाता है, जो सिस्टीन अवशेषों के थियोल के अपरिवर्तनीय ऑक्सीकरण को रोककर एस-ग्लूटाथियोनाइलेशन के समान भूमिका निभाता है।

एंटी-कोएंजाइम ए एंटीबॉडी एवं तरल क्रोमैटोग्राफी अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (तरल क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री | एलसी-एमएस/एमएस) पद्धतियों, का उपयोग करके घृष्टताग्रस्त स्तनधारी एवं जीवाणु कोशिकाओं से 2,000 से अधिक सहसंबद्ध प्रोटीन की पहचान की गई। इनमें से अधिकांश प्रोटीन सेलुलर चयापचय एवं घृष्टता प्रतिक्रिया में शामिल हैं। विभिन्न शोध अध्ययनों ने प्रोटीन के कोएंजाइम ए-मध्यस्थता विनियमन को समझने पर ध्यान केंद्रित किया है। प्रोटीन सहसंयोजन पर, विभिन्न प्रोटीनों (जैसे मेटास्टेसिस सप्रेसर NME1, PRDX5, ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज, अन्य) की उत्प्रेरक गतिविधि में अवरोध की सूचना मिलती है।  प्रोटीन की गतिविधि को बहाल करने के लिए, एंटीऑक्सिडेंट एंजाइम जो कोएंजाइम ए एवं प्रोटीन सिस्टीन अवशेषों के मध्य डाइसल्फ़ाइड बंधन को कम करते हैं, महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इस प्रक्रिया को प्रोटीन डीकोलेशन कहा जाता है। अब तक, दो जीवाणु प्रोटीन, थिओरेडॉक्सिन ए एवं थिओरेडॉक्सिन-जैसे प्रोटीन (YtpP), को डीकोएलेट प्रोटीन दिखाया गया है।

जैविक अनुसंधान में उपयोग
कोएंजाइम ए विभिन्न रासायनिक आपूर्तिकर्ताओं से मुक्त अम्ल एवं लिथियम या सोडियम लवण के रूप में उपलब्ध है। कोएंजाइम ए का मुक्त अम्ल ज्ञात करने योग रूप से अस्थिर है, -20 डिग्री सेल्सियस पर संग्रहीत होने पर 6 महीने के पश्चात लगभग 5% कमी देखी जाती है। एवं 37°C पर 1 महीने के पश्चात पूर्ण रूप से कमी कमी देखी जाती है। CoA के लिथियम एवं सोडियम लवण अधिक स्थिर होते हैं, विभिन्न तापमानों पर कई महीनों में नगण्य कमी देखी जाती है। कोएंजाइम ए के जलीय घोल पीएच 8 से ऊपर अस्थिर होते हैं, 25 डिग्री सेल्सियस एवं पीएच 8 पर 24 घंटों के पश्चात 31% गतिविधि विलुप्त हो जाती है। पीएच 2-6 पर जमने पर CoA स्टॉक समाधान अपेक्षाकृत स्थिर होते हैं। CoA गतिविधि हानि का प्रमुख मार्ग संभवतः CoA का CoA डाइसल्फ़ाइड्स में वायु ऑक्सीकरण है। CoA मिश्रित डाइसल्फ़ाइड्स, जैसे CoA-S-S-ग्लूटाथियोन, सामान्यतः CoA की व्यावसायिक तैयारियों में प्रदूषक माने जाते हैं। मुक्त CoA को CoA डाइसल्फ़ाइड से पुनर्जीवित किया जा सकता है एवं डाइथियोथेरिटॉल या 2-मर्केप्टोइथेनाल जैसे कम करने वाले एजेंटों के साथ CoA डाइसल्फ़ाइड को मिश्रित किया जा सकता है।

कोएंजाइम ए-सक्रिय एसाइल समूहों की गैर-विस्तृत सूची

 * एसिटाइल CoA
 * फैटी एसाइल-CoA (सभी फैटी अम्ल का सक्रिय रूप; केवल CoA एस्टर मोनो-, डी-, एवं ट्राईसिलग्लिसरॉल संश्लेषण, कार्निटाइन पामिटॉयल ट्रांसफरेज़ एवं कोलेस्ट्रॉल एस्टरीफिकेशन जैसी महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के लिए सब्सट्रेट हैं)
 * प्रोपियोनील-CoA
 * ब्यूटिरिल-CoA
 * मिरिस्टॉयल-CoA
 * क्रोटोनील-CoA
 * एसिटोएसिटाइल-CoA
 * कौमारॉयल-कोएंजाइम CoA (फ्लेवोनॉइड एवं स्टिलबेनॉइड जैवसंश्लेषण में प्रयुक्त)
 * बेन्ज़ोयल CoA
 * फेनिलएसिटिल-CoA
 * एसाइल डाइकारबॉक्सिलिक अम्ल से प्राप्त होता है
 * मैलोनील CoA (फैटी अम्ल जैवसंश्लेषण एवं पॉलीकेटाइड जैवसंश्लेषण में श्रृंखला बढ़ाव में महत्वपूर्ण)
 * सक्सिनिल CoA (हीम जैवसंश्लेषण में प्रयुक्त)
 * हाइड्रोक्सीमिथाइलग्लूटरीएल-CoA (आइसोप्रेनॉइड जैवसंश्लेषण में प्रयुक्त)
 * पिमेलिल-CoA (बायोटिन जैवसंश्लेषण में प्रयुक्त)