Витамините са основни съединения, които трябва да се набавят чрез диетата, защото тялото не може да ги синтезира. Една от причините витамините да са необходими е, защото те играят индиректна роля в катализа, при която ензимите ускоряват химичните реакции. Повечето витамини обаче не могат сами да помогнат на ензимите. За да участват в каталитични реакции, повечето витамини трябва да се превърнат в коензими, които са малки "втори пилотни" молекули, които се сдвояват с ензимите. Тези коензими са изключително полезни, тъй като остават същите след катализа, така че се рециклират и използват повторно многократно.
Преобразуване на витамини в коензими
Повечето витамини трябва да бъдат превърнати в коензими, преди да могат да се сдвоят с ензими. Тези промени добавят малки функционални групи като фосфати към витаминната структура или включват редукционно-окислителни или редокс-реакции, при които електроните се добавят или отстраняват. Например, витамин В2 трябва да грабне и да се свърже с фосфатна група, PO3-, за да образува коензима FMN. Фолатът е витамин, който преминава през окислително-редукционна реакция и намалява две от своите връзки чрез натрупване на електрони и получава четири водорода, за да образува коензима THF.
Механизми на коензимната реакция
Коензимите помагат на ензимите, като прехвърлят електрони в окислително-възстановителните реакции или добавят функционални групи към субстратите, които се превръщат в крайния продукт от ензима. Функционалните групи, които коензимите добавят към субстрата, са сравнително малки: коензимът PLP добавя аминна група, -NH2, например. Коензимите също извършват окислително-възстановителни реакции. Те или вземат електрони от субстрата, или отдават електрони към него. Тези реакции са обратими и зависят от концентрациите както на окислени, така и на редуцирани форми на коензима. Колкото повече са окислените коензими, толкова повече ще има редукция и обратно.
Коензими и метаболизъм
Коензимите извършват доста прости химични реакции, но тези реакции оказват голямо влияние върху метаболитните функции. Витамин К предотвратява съсирването на кръвта, като ускорява синтеза на гама-карбоксиглутамат, молекула, която се свързва със свободно плаващи калциеви йони. Има много по-малко натрупване на калций в артериите и по-малък риск от сърдечни заболявания. Енергията се съхранява и в коензимите по време на клетъчното дишане, по време на което клетките получават енергия от разграждането на храната. Тази енергия се освобождава по-късно чрез окисляване на съхраняваните коензими.
Рециклиране на коензими
Една от основните характеристики на коензима е, че той не се променя трайно от катализа. Всички промени в структурата на коензима се обръщат, преди да бъдат рециклирани. Коензимите, които участват в редокс реакции, като FAD и NAD +, се превръщат обратно в предишната си форма чрез загуба на електрони. Не всички коензими се променят обратно толкова бързо, особено коензимите, които прехвърлят функционални групи. Например, THF се свързва с CH2 група и се превръща в DHF след завършване на реакцията. DHF се редуцира до THF и ензимът се използва повторно.