Vitamini su neophodni spojevi koji se moraju nabaviti prehranom jer ih tijelo ne može sintetizirati. Jedan od razloga zašto su vitamini potrebni je taj što igraju neizravnu ulogu u katalizi, u kojoj enzimi ubrzavaju kemijske reakcije. Međutim, većina vitamina ne može sama pomoći enzimima. Da bi sudjelovali u katalitičkim reakcijama, većina vitamina mora se pretvoriti u koenzime koji su male molekule "kopilota" koji se udružuju s enzimima. Ovi su koenzimi izuzetno korisni jer ostaju isti nakon katalize, pa se više puta recikliraju i ponovno koriste.
Pretvaranje vitamina u koenzime
Većina vitamina mora se pretvoriti u koenzime da bi se mogli povezati s enzimima. Te promjene dodaju male funkcionalne skupine poput fosfata u strukturu vitamina ili uključuju redukcijsko-oksidacijske ili redoks reakcije u kojima se elektroni dodaju ili uklanjaju. Na primjer, vitamin B2 mora zgrabiti i vezati se za fosfatnu skupinu, PO3-, da bi stvorio koenzim FMN. Folat je vitamin koji prolazi kroz redoks reakciju i smanjuje dvije svoje veze dobivajući elektrone i dobiva četiri vodika kako bi stvorio koenzim THF.
Mehanizmi koenzimske reakcije
Koenzimi pomažu enzimima prijenosom elektrona u redoks reakcijama ili dodavanjem funkcionalnih skupina supstratima, koje enzim pretvara u konačni proizvod. Funkcionalne skupine koje koenzimi dodaju u supstrat su relativno male: koenzim PLP dodaje na primjer aminsku skupinu -NH2. Koenzimi također izvode redoks reakcije. Ili uzimaju elektrone iz supstrata ili joj daju elektrone. Te su reakcije reverzibilne i ovise o koncentraciji oksidiranih i reduciranih oblika koenzima. Što je više koenzima oksidiranih, to će biti više redukcije i obrnuto.
Koenzimi i metabolizam
Koenzimi provode prilično jednostavne kemijske reakcije, ali te reakcije imaju velik utjecaj na metaboličke funkcije. Vitamin K sprječava zgrušavanje krvi ubrzavajući sintezu gama-karboksiglutamata, molekule koja se veže za slobodno plutajuće kalcijeve ione. Mnogo je manje nakupina kalcija u arterijama i manji je rizik od srčanih bolesti. Energija se također pohranjuje u koenzimima tijekom staničnog disanja, tijekom kojeg stanice dobivaju energiju razgradnjom hrane. Ta se energija oslobađa kasnije oksidacijom uskladištenih koenzima.
Recikliranje koenzima
Jedna od primarnih karakteristika koenzima je da se trajno ne mijenja katalizom. Sve promjene u strukturi koenzima poništene su prije nego što se on reciklira. Koenzimi koji sudjeluju u redoks reakcijama, poput FAD i NAD +, pretvaraju se natrag u svoj prethodni oblik gubljenjem elektrona. Nisu se svi koenzimi tako brzo promijenili, posebno koenzimi koji prenose funkcionalne skupine. Na primjer, THF se veže za CH2 skupinu i pretvara se u DHF nakon završetka reakcije. DHF se reducira na THF i enzim se ponovno koristi.