Les vitamines sont des composés essentiels qui doivent être acquis par l'alimentation car le corps ne peut pas les synthétiser. L'une des raisons pour lesquelles les vitamines sont nécessaires est qu'elles jouent un rôle indirect dans la catalyse, dans laquelle les enzymes accélèrent les réactions chimiques. Cependant, la plupart des vitamines ne peuvent pas aider les enzymes à elles seules. Afin de participer aux réactions catalytiques, la plupart des vitamines doivent se transformer en coenzymes qui sont de petites molécules « copilotes » qui s'associent avec des enzymes. Ces coenzymes sont extrêmement utiles car elles restent les mêmes après la catalyse, elles sont donc recyclées et réutilisées plusieurs fois.
Conversion des vitamines en coenzymes
La plupart des vitamines doivent être converties en coenzymes avant de pouvoir s'associer aux enzymes. Ces changements ajoutent de petits groupes fonctionnels comme les phosphates à la structure de la vitamine, ou ils impliquent des réactions de réduction-oxydation, ou redox, où des électrons sont ajoutés ou supprimés. Par exemple, la vitamine B2 doit saisir et se lier à un groupe phosphate, PO3-, pour former la coenzyme FMN. Le folate est une vitamine qui passe par une réaction redox et réduit deux de ses liaisons en gagnant des électrons et il obtient quatre hydrogènes pour former la coenzyme THF.
Mécanismes de réaction des coenzymes
Les coenzymes aident les enzymes en transférant des électrons dans les réactions d'oxydoréduction ou en ajoutant des groupes fonctionnels aux substrats, qui sont convertis en produit final par l'enzyme. Les groupements fonctionnels que les coenzymes ajoutent au substrat sont relativement petits: le coenzyme PLP ajoute un groupement amine, -NH2, par exemple. Les coenzymes effectuent également des réactions d'oxydoréduction. Ils prennent des électrons du substrat ou lui donnent des électrons. Ces réactions sont réversibles et dépendent des concentrations des formes oxydées et réduites du coenzyme. Plus les coenzymes sont oxydées, plus il y aura de réduction, et vice versa.
Coenzymes et métabolisme
Les coenzymes effectuent des réactions chimiques assez simples, mais ces réactions ont un impact majeur sur les fonctions métaboliques. La vitamine K empêche la coagulation du sang en accélérant la synthèse du gamma-carboxyglutamate, une molécule qui se lie aux ions calcium flottant librement. Il y a beaucoup moins d'accumulation de calcium dans les artères et un risque plus faible de maladie cardiaque. L'énergie est également stockée dans les coenzymes pendant la respiration cellulaire, au cours de laquelle les cellules obtiennent de l'énergie en décomposant les aliments. Cette énergie est libérée plus tard en oxydant les coenzymes stockées.
Recyclage des coenzymes
L'une des principales caractéristiques d'une coenzyme est qu'elle n'est pas modifiée de façon permanente par la catalyse. Tout changement dans la structure du coenzyme est inversé avant qu'il ne soit recyclé. Les coenzymes qui participent aux réactions d'oxydoréduction, comme le FAD et le NAD+, sont reconverties dans leur forme précédente en perdant des électrons. Toutes les coenzymes ne sont pas modifiées aussi rapidement, en particulier les coenzymes qui transfèrent des groupes fonctionnels. Par exemple, le THF se lie à un groupe CH2 et est converti en DHF une fois la réaction terminée. Le DHF est réduit en THF et l'enzyme est réutilisée.
