Vitaminer er essentielle forbindelser, der skal erhverves gennem kosten, fordi kroppen ikke kan syntetisere dem. En af grundene til, at vitaminer er nødvendige, er fordi de spiller en indirekte rolle i katalyse, hvor enzymer fremskynder kemiske reaktioner. Imidlertid kan de fleste vitaminer ikke hjælpe enzymer alene. For at kunne deltage i katalytiske reaktioner skal de fleste vitaminer skifte til co-enzymer, der er små "co-pilot" -molekyler, der parrer sig sammen med enzymer. Disse co-enzymer er ekstremt nyttige, fordi de forbliver de samme efter katalyse, så de genbruges og genbruges flere gange.
Konvertering af vitaminer til koenzymer
De fleste vitaminer skal omdannes til coenzymer, før de kan parres med enzymer. Disse ændringer tilføjer små funktionelle grupper som fosfater til vitaminstrukturen, eller de involverer reduktion-oxidation eller redox-reaktioner, hvor elektroner enten tilsættes eller fjernes. For eksempel skal B2-vitamin gribe og binde til en phosphatgruppe, PO3-, for at danne coenzymet FMN. Folat er et vitamin, der gennemgår en redoxreaktion og reducerer to af dets bindinger ved at få elektroner, og det får fire hydrogenatomer til at danne coenzymet THF.
Koenzymreaktionsmekanismer
Koenzymer hjælper enzymer ved at overføre elektroner i redoxreaktioner eller tilføje funktionelle grupper til substrater, som omdannes til slutproduktet af enzymet. De funktionelle grupper, som coenzymer tilføjer til substratet, er relativt små: coenzymet PLP tilføjer f.eks. En amingruppe, -NH2. Koenzymer udfører også redoxreaktioner. De tager enten elektroner fra substratet eller giver elektroner til det. Disse reaktioner er reversible og afhænger af koncentrationerne af både oxiderede og reducerede former af coenzymet. Jo flere oxiderede co-enzymer er, jo mere reduktion vil der være, og omvendt.
Koenzymer og stofskifte
Koenzymer udfører ret enkle kemiske reaktioner, men disse reaktioner har stor indflydelse på metaboliske funktioner. K-vitamin forhindrer blodkoagulation ved at fremskynde syntesen af gamma-carboxyglutamat, et molekyle, der binder til fritflydende calciumioner. Der er meget mindre kalkopbygning i arterierne og en lavere risiko for hjertesygdomme. Energi lagres også i co-enzymer under cellulær respiration, hvor celler får energi fra nedbrydning af mad. Denne energi frigives senere ved oxidering af de lagrede co-enzymer.
Genbrug af koenzymer
En af de primære egenskaber ved et coenzym er, at det ikke ændres permanent ved katalyse. Eventuelle ændringer i coenzymets struktur vendes, før det genbruges. Koenzymer, der deltager i redoxreaktioner, som FAD og NAD +, konverteres tilbage til deres tidligere form ved at miste elektroner. Ikke alle coenzymer ændres hurtigt tilbage, især co-enzymer, der overfører funktionelle grupper. For eksempel binder THF sig til en CH2-gruppe og omdannes til DHF, efter at reaktionen er afsluttet. DHF reduceres til THF, og enzymet genbruges.