Τι ρόλο παίζουν οι βιταμίνες στη δραστηριότητα ενζύμων;

Οι βιταμίνες είναι βασικές ενώσεις που πρέπει να λαμβάνονται μέσω της διατροφής, επειδή ο οργανισμός δεν μπορεί να τις συνθέσει. Ένας από τους λόγους που χρειάζονται βιταμίνες είναι επειδή παίζουν έμμεσο ρόλο στην κατάλυση, στην οποία τα ένζυμα επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις. Ωστόσο, οι περισσότερες βιταμίνες δεν μπορούν να βοηθήσουν τα ένζυμα από μόνα τους. Για να συμμετάσχουν σε καταλυτικές αντιδράσεις, οι περισσότερες βιταμίνες πρέπει να μετατραπούν σε συνένζυμα που είναι μικρά μόρια «συν-πιλότου» που συνδυάζονται με ένζυμα. Αυτά τα συνένζυμα είναι εξαιρετικά χρήσιμα επειδή παραμένουν τα ίδια μετά την κατάλυση, επομένως ανακυκλώνονται και επαναχρησιμοποιούνται πολλές φορές.

Οι περισσότερες βιταμίνες πρέπει να μετατραπούν σε συνένζυμα πριν μπορέσουν να συνδυαστούν με ένζυμα. Αυτές οι αλλαγές προσθέτουν μικρές λειτουργικές ομάδες όπως φωσφορικά άλατα στη δομή της βιταμίνης, ή περιλαμβάνουν αντιδράσεις μείωσης-οξείδωσης ή οξειδοαναγωγής, όπου είτε προστίθενται είτε απομακρύνονται ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα, η βιταμίνη Β2 πρέπει να αρπάξει και να δεσμευτεί σε μια φωσφορική ομάδα, PO3-, για να σχηματίσει το συνένζυμο FMN. Το φολικό είναι μια βιταμίνη που διέρχεται μια αντίδραση οξειδοαναγωγής και μειώνει δύο από τους δεσμούς της, αποκτώντας ηλεκτρόνια και παίρνει τέσσερα υδρογόνα για να σχηματίσει το συνένζυμο THF.

Τα συνένζυμα βοηθούν τα ένζυμα μεταφέροντας ηλεκτρόνια σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις ή προσθέτοντας λειτουργικές ομάδες σε υποστρώματα, τα οποία μετατρέπονται στο τελικό προϊόν από το ένζυμο. Οι λειτουργικές ομάδες που προσθέτουν συνένζυμα στο υπόστρωμα είναι σχετικά μικρές: το συνένζυμο PLP προσθέτει μια ομάδα αμίνης, -ΝΗ2, για παράδειγμα. Τα συνένζυμα εκτελούν επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Παίρνουν είτε ηλεκτρόνια από το υπόστρωμα είτε δίνουν ηλεκτρόνια σε αυτό. Αυτές οι αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες και εξαρτώνται από τις συγκεντρώσεις τόσο των οξειδωμένων όσο και των μειωμένων μορφών του συνενζύμου. Όσο περισσότερα οξειδωμένα συνένζυμα, τόσο μεγαλύτερη μείωση θα υπάρξει και το αντίστροφο.

Τα συνένζυμα πραγματοποιούν αρκετά απλές χημικές αντιδράσεις, αλλά αυτές οι αντιδράσεις έχουν σημαντικό αντίκτυπο στις μεταβολικές λειτουργίες. Η βιταμίνη Κ αποτρέπει την πήξη του αίματος επιταχύνοντας τη σύνθεση του γάμμα-καρβοξυγλουταμικού, ένα μόριο που συνδέεται με τα ελεύθερα ιόντα ασβεστίου. Υπάρχει πολύ λιγότερη συσσώρευση ασβεστίου στις αρτηρίες και χαμηλότερος κίνδυνος καρδιακών παθήσεων. Η ενέργεια αποθηκεύεται επίσης σε συνένζυμα κατά την κυτταρική αναπνοή, κατά τη διάρκεια των οποίων τα κύτταρα λαμβάνουν ενέργεια από τη διάσπαση της τροφής. Αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται αργότερα με οξείδωση των αποθηκευμένων συνενζύμων.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά ενός συνενζύμου είναι ότι δεν αλλάζει μόνιμα με κατάλυση. Τυχόν αλλαγές στη δομή του συνενζύμου αντιστρέφονται πριν ανακυκλωθούν. Τα συνένζυμα που συμμετέχουν σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, όπως το FAD και το NAD +, μετατρέπονται στην προηγούμενη μορφή τους χάνοντας ηλεκτρόνια. Δεν αλλάζουν γρήγορα όλα τα συνένζυμα, ειδικά συνένζυμα που μεταφέρουν λειτουργικές ομάδες. Για παράδειγμα, το THF συνδέεται με μια ομάδα CH2 και μετατρέπεται σε DHF μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης. Το DHF ανάγεται σε THF και το ένζυμο επαναχρησιμοποιείται.