Vitamíny jsou esenciální sloučeniny, které je třeba získat stravou, protože tělo je nedokáže syntetizovat. Jedním z důvodů, proč jsou vitamíny potřebné, je to, že hrají nepřímou roli při katalýze, při které enzymy urychlují chemické reakce. Většina vitamínů však nemůže sama pomoci enzymům. Aby se většina vitaminů mohla účastnit katalytických reakcí, musí se změnit na koenzymy, které jsou malými „vedlejšími“ molekulami spárovanými s enzymy. Tyto koenzymy jsou mimořádně užitečné, protože po katalýze zůstávají stejné, takže jsou recyklovány a opakovaně použity.
Konverze vitamínů na koenzymy
Většina vitaminů musí být před spojením s enzymy přeměněna na koenzymy. Tyto změny přidávají do struktury vitamínů malé funkční skupiny, jako jsou fosforečnany, nebo zahrnují redukčně-oxidační nebo redoxní reakce, při nichž se elektrony přidávají nebo odebírají. Například vitamin B2 se musí zachytit a vázat na fosfátovou skupinu PO3-, aby vytvořil koenzym FMN. Kyselina listová je vitamin, který prochází redoxní reakcí a redukuje dvě své vazby získáváním elektronů a získává čtyři vodíky za vzniku koenzymu THF.
Mechanismy koenzymové reakce
Koenzymy pomáhají enzymům přenosem elektronů v redoxních reakcích nebo přidáváním funkčních skupin k substrátům, které jsou enzymem přeměňovány na konečný produkt. Funkční skupiny, které koenzymy přidávají k substrátu, jsou relativně malé: koenzym PLP například přidává aminoskupinu, například -NH2. Koenzymy také provádějí redoxní reakce. Buď odeberou elektrony ze substrátu, nebo mu dají elektrony. Tyto reakce jsou reverzibilní a závisí na koncentracích oxidovaných i redukovaných forem koenzymu. Čím více oxidovaných koenzymů bude, tím více bude redukce, a naopak.
Koenzymy a metabolismus
Koenzymy provádějí poměrně jednoduché chemické reakce, ale tyto reakce mají zásadní vliv na metabolické funkce. Vitamin K zabraňuje srážení krve urychlením syntézy gama-karboxyglutamátu, molekuly, která se váže na volně plovoucí ionty vápníku. V tepnách je mnohem menší tvorba vápníku a nižší riziko srdečních onemocnění. Energie se také ukládá v koenzymech během buněčného dýchání, během kterého buňky získávají energii z rozpadu potravy. Tato energie se uvolňuje později oxidací uložených koenzymů.
Recyklace koenzymů
Jednou z hlavních charakteristik koenzymu je, že se permanentně nemění katalýzou. Jakékoli změny ve struktuře koenzymu jsou před recyklací obráceny. Koenzymy, které se účastní redoxních reakcí, jako jsou FAD a NAD +, se převádějí zpět do své předchozí formy ztrátou elektronů. Ne všechny koenzymy se tak rychle změní zpět, zejména koenzymy, které přenášejí funkční skupiny. Například THF se váže na skupinu CH2 a po dokončení reakce se převede na DHF. DHF se sníží na THF a enzym se znovu použije.