Vitamiinid on asendamatud ühendid, mis tuleb dieedi kaudu omandada, kuna keha ei suuda neid sünteesida. Vitamiinide vajalikkuse üks põhjus on see, et neil on kaudne roll katalüüsis, mille käigus ensüümid kiirendavad keemilisi reaktsioone. Kuid enamik vitamiine ei suuda ensüüme iseseisvalt aidata. Katalüütilistes reaktsioonides osalemiseks peab enamik vitamiine muutuma koensüümideks, mis on väikesed ensüümidega paaris "kaaspiloot" molekulid. Need koensüümid on äärmiselt kasulikud, kuna jäävad pärast katalüüsi samaks, nii et neid taaskasutatakse ja taaskasutatakse mitu korda.
Vitamiinide muundamine koensüümideks
Enamik vitamiine tuleb enne ensüümidega paaristamist muuta koensüümideks. Need muutused lisavad vitamiinistruktuurile väikesi funktsionaalseid rühmi nagu fosfaadid või hõlmavad redutseerimis-oksüdatsiooni või redoksreaktsioone, kus elektrone kas lisatakse või eemaldatakse. Näiteks peab vitamiin B2 haarama ja seonduma fosfaatrühmaga PO3-, et moodustada koensüüm FMN. Folaat on vitamiin, mis läbib redoksreaktsiooni ja vähendab elektroni saades kahte selle sidet ning koensüümi THF moodustamiseks saab see neli vesinikku.
Koensüümi reaktsioonimehhanismid
Koensüümid aitavad ensüüme, edastades redoksreaktsioonides elektrone või lisades substraatidele funktsionaalseid rühmi, mis ensüümi toimel muutuvad lõpptooteks. Funktsionaalsed rühmad, mida koensüümid substraadile lisavad, on suhteliselt väikesed: koensüüm PLP lisab näiteks amiinrühma -NH2. Koensüümid teostavad ka redoksreaktsioone. Nad kas võtavad substraadist elektrone või annavad sellele elektronid. Need reaktsioonid on pöörduvad ja sõltuvad koensüümi nii oksüdeeritud kui ka redutseeritud vormide kontsentratsioonist. Mida rohkem on oksüdeerunud koensüüme, seda rohkem toimub redutseerimine ja vastupidi.
Koensüümid ja ainevahetus
Koensüümid viivad läbi üsna lihtsaid keemilisi reaktsioone, kuid neil reaktsioonidel on ainevahetusfunktsioonidele suur mõju. K-vitamiin takistab vere hüübimist, kiirendades vabalt hõljuvate kaltsiumiioonidega seonduva molekuli gamma-karboksüglutamaadi sünteesi. Arterites on palju vähem kaltsiumi kogunemist ja väiksem südamehaiguste risk. Energia salvestub koensüümidesse ka rakuhingamise ajal, mille jooksul rakud saavad toitu lagundades energiat. See energia vabaneb hiljem ladustatud koensüümide oksüdeerimise teel.
Koensüümide ringlussevõtt
Koensüümi üks peamisi omadusi on see, et seda ei muudeta püsivalt katalüüsi teel. Kõik koensüümi struktuuris tehtud muudatused tühistatakse enne selle ringlussevõttu. Redoksreaktsioonides osalevad koensüümid, nagu FAD ja NAD +, muundatakse elektronide kaotamise kaudu tagasi oma varasemale vormile. Kõiki koensüüme ei muudeta nii kiiresti tagasi, eriti funktsionaalseid rühmi kandvaid koensüüme. Näiteks seondub THF CH2 rühmaga ja muundatakse pärast reaktsiooni lõppemist DHF-ks. DHF redutseeritakse THF-iks ja ensüümi kasutatakse uuesti.