В ряде случаев для осуществления катализа ферменты нуждаются в особых посредниках — кофакторах. Кофакторы представляют собой вещества небелковой природы, которые функционируют на промежуточных стадиях ферментативной реакции (или цикла реакций), но не расходуются в ходе катализа. В подавляющем большинстве случаев кофакторы регенерируются в неизменном виде по завершении каталитического акта.
Разнообразные по химической природе кофакторы можно разделить на две основные группы:
- коферменты (слабо связаны с ферментом и при катализе отделяются от него)
- простетические группы (прочно связаны с ферментной молекулой).
Основные механизмы, согласно которым кофакторы принимают участие в катализе, следующие:
— выполняют функцию переносчиков между ферментами. Взаимодействуя с одним ферментом, переносчик акцептирует часть субстрата, мигрирует к другому ферменту и передает переносимую часть субстрату второго фермента, после чего высвобождается. Такой механизм типичен для большинства коферментов;
— выполняют роль «внутриферментного» переносчика, что характерно, в первую очередь, для простетических групп. Простетическая группа присоединяет часть молекулы субстрата и переносит ее на второй субстрат, связанный в активном центре того же фермента. В данном случае можно рассматривать простетическую группу как часть каталитического участка фермента;
— изменяют конформацию ферментной молекулы, взаимодействуя с ней вне активного центра, что может индуцировать переход активного центра в каталитически активную конфигурацию;
— стабилизируют конформацию фермента, способствующую каталитически активному состоянию;
— выполняют функцию матрицы. Например, полимеразы нуклеиновых кислот нуждаются в «программе» — матрице, по которой строится новая молекула;
— играют роль промежуточных соединений. Иногда фермент может использовать в реакции молекулу кофактора, образуя из нее продукт, но при этом одновременно за счет субстрата образовать новую молекулу кофактора.
Среди известных в настоящее время ферментов примерно 40% способны осуществить катализ только при посредстве кофакторов. Наибольшее распространение имеют кофакторы, осуществляющие перенос восстановительных эквивалентов, фосфатных, ацильных и карбоксильных групп.