Vitamiinit ovat välttämättömiä yhdisteitä, jotka on hankittava ruokavalion kautta, koska keho ei pysty syntetisoimaan niitä. Yksi syy vitamiinien tarpeeseen on, koska niillä on epäsuora rooli katalyysissä, jossa entsyymit nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Suurin osa vitamiineista ei kuitenkaan voi auttaa entsyymejä yksin. Osallistuakseen katalyyttisiin reaktioihin useimpien vitamiinien on muututtava koentsyymeiksi, jotka ovat pieniä "perämoottorimolekyylejä", jotka muodostavat parin entsyymien kanssa. Nämä koentsyymit ovat erittäin hyödyllisiä, koska ne pysyvät samana katalyytin jälkeen, joten ne kierrätetään ja käytetään uudelleen useita kertoja.
Vitamiinien muuntaminen koentsyymeiksi
Suurin osa vitamiineista on muunnettava koentsyymeiksi, ennen kuin ne voivat muodostaa parin entsyymien kanssa. Nämä muutokset lisäävät pieniä funktionaalisia ryhmiä, kuten fosfaatit, vitamiinirakenteeseen, tai niihin liittyy pelkistys-hapetus- tai redoksireaktioita, joissa elektroneja joko lisätään tai poistetaan. Esimerkiksi B2-vitamiinin on tartuttava fosfaattiryhmään, PO3-, ja sitoututtava siihen koentsyymi FMN. Folaatti on vitamiini, joka käy läpi redoksireaktion ja vähentää kahta sen sidosta saamalla elektroneja ja se saa neljä vetyä koentsyymin THF muodostamiseksi.
Koentsyymireaktiomekanismit
Koentsyymit auttavat entsyymejä siirtämällä elektroneja redoksireaktioissa tai lisäämällä substraatteihin funktionaalisia ryhmiä, jotka entsyymin avulla muutetaan lopulliseksi tuotteeksi. Funktionaaliset ryhmät, joita koentsyymit lisäävät substraattiin, ovat suhteellisen pieniä: koentsyymi PLP lisää esimerkiksi amiiniryhmän -NH2. Koentsyymit suorittavat myös redoksireaktioita. Ne joko ottavat elektroneja substraatista tai antavat siihen elektroneja. Nämä reaktiot ovat palautuvia ja riippuvat koentsyymin sekä hapetettujen että pelkistettyjen muotojen pitoisuuksista. Mitä enemmän hapettuneita koentsyymejä on, sitä enemmän pelkistyksiä on ja päinvastoin.
Koentsyymit ja aineenvaihdunta
Koentsyymit suorittavat melko yksinkertaisia kemiallisia reaktioita, mutta näillä reaktioilla on suuri vaikutus metabolisiin toimintoihin. K-vitamiini estää veren hyytymistä nopeuttamalla gamma-karboksiglutamaatin, molekyylin, joka sitoutuu vapaasti kelluviin kalsiumioneihin, synteesiä. Valtimoissa on paljon vähemmän kalsiumia ja pienempi sydänsairauksien riski. Energiaa varastoidaan myös koentsyymeihin soluhengityksen aikana, jolloin solut saavat energiaa hajottamalla ruokaa. Tämä energia vapautuu myöhemmin hapettamalla varastoituneita koentsyymejä.
Koentsyymien kierrätys
Yksi koentsyymin pääominaisuuksista on, että katalyysi ei muuta sitä pysyvästi. Kaikki muutokset koentsyymin rakenteessa kumotaan ennen sen kierrätystä. Redoksireaktioihin osallistuvat koentsyymit, kuten FAD ja NAD +, muunnetaan takaisin edelliseen muotoonsa menettämällä elektronit. Kaikkia koentsyymejä ei muuteta takaisin nopeasti, etenkin koentsyymit, jotka siirtävät funktionaalisia ryhmiä. Esimerkiksi THF sitoutuu CH2-ryhmään ja muuttuu DHF: ksi reaktion päättymisen jälkeen. DHF pelkistetään THF: ksi ja entsyymiä käytetään uudelleen.