Las vitaminas son compuestos esenciales que deben adquirirse a través de la dieta porque el cuerpo no puede sintetizarlos. Una de las razones por las que se necesitan las vitaminas es porque juegan un papel indirecto en la catálisis, en la que las enzimas aceleran las reacciones químicas. Sin embargo, la mayoría de las vitaminas no pueden ayudar a las enzimas por sí solas. Para participar en las reacciones catalíticas, la mayoría de las vitaminas deben transformarse en coenzimas que son pequeñas moléculas "copiloto" que se emparejan con las enzimas. Estas coenzimas son extremadamente útiles porque permanecen iguales después de la catálisis, por lo que se reciclan y reutilizan varias veces.
Conversión de vitaminas en coenzimas
La mayoría de las vitaminas deben convertirse en coenzimas antes de que puedan emparejarse con las enzimas. Estos cambios agregan pequeños grupos funcionales como los fosfatos a la estructura de la vitamina, o involucran reacciones de reducción-oxidación, o redox, donde se agregan o eliminan electrones. Por ejemplo, la vitamina B2 tiene que agarrarse y unirse a un grupo fosfato, PO3-, para formar la coenzima FMN. El folato es una vitamina que pasa por una reacción redox y reduce dos de sus enlaces al ganar electrones y obtiene cuatro hidrógenos para formar la coenzima THF.
Mecanismos de reacción de coenzimas
Las coenzimas ayudan a las enzimas transfiriendo electrones en reacciones redox o agregando grupos funcionales a los sustratos, que son convertidos en el producto final por la enzima. Los grupos funcionales que las coenzimas agregan al sustrato son relativamente pequeños: la coenzima PLP agrega un grupo amina, -NH2, por ejemplo. Las coenzimas también realizan reacciones redox. O toman electrones del sustrato o le dan electrones. Estas reacciones son reversibles y dependen de las concentraciones de las formas oxidadas y reducidas de la coenzima. Cuanto más oxidadas estén las coenzimas, mayor será la reducción, y viceversa.
Coenzimas y metabolismo
Las coenzimas llevan a cabo reacciones químicas bastante simples, pero estas reacciones tienen un impacto importante en las funciones metabólicas. La vitamina K previene la coagulación de la sangre al acelerar la síntesis de gamma-carboxiglutamato, una molécula que se une a los iones de calcio que flotan libremente. Hay mucha menos acumulación de calcio en las arterias y un menor riesgo de enfermedad cardíaca. La energía también se almacena en coenzimas durante la respiración celular, durante la cual las células obtienen energía al descomponer los alimentos. Esta energía se libera posteriormente oxidando las coenzimas almacenadas.
Reciclaje de coenzimas
Una de las características principales de una coenzima es que la catálisis no la cambia permanentemente. Cualquier cambio en la estructura de la coenzima se revierte antes de reciclarla. Las coenzimas que participan en reacciones redox, como FAD y NAD +, vuelven a su forma anterior al perder electrones. No todas las coenzimas se vuelven a cambiar tan rápido, especialmente las coenzimas que transfieren grupos funcionales. Por ejemplo, el THF se une a un grupo CH2 y se convierte en DHF una vez finalizada la reacción. El DHF se reduce a THF y la enzima se reutiliza.