A vitaminok nélkülözhetetlen vegyületek, amelyeket a diéta során kell megszerezni, mert a test nem tudja szintetizálni őket. A vitaminok szükségességének egyik oka az, hogy közvetett szerepet játszanak a katalízisben, amelyben az enzimek felgyorsítják a kémiai reakciókat. A legtöbb vitamin azonban önmagában nem tud segíteni az enzimeken. A katalitikus reakciókban való részvételhez a legtöbb vitaminnak koenzimekké kell váltania, amelyek kicsi "másodpilóta" molekulák, amelyek párosulnak enzimekkel. Ezek a koenzimek rendkívül hasznosak, mivel a katalízis után ugyanazok maradnak, ezért többször újrahasznosítják és újrafelhasználják.
A vitaminok konvertálása koenzimekké
A legtöbb vitamint koenzimekké kell átalakítani, mielőtt párosulhatnak az enzimekkel. Ezek a változások kis funkcionális csoportokat, például foszfátokat adnak a vitaminszerkezethez, vagy redukciós-oxidációs vagy redox-reakciókkal járnak, amelyek során az elektronokat vagy hozzáadják, vagy eltávolítják. Például a B2-vitaminnak meg kell ragadnia és kötődnie egy foszfátcsoporthoz (PO3-) az FMN koenzim kialakításához. A folát egy olyan vitamin, amely redoxireakción megy keresztül, és két kötését elektronszerzéssel csökkenti, és négy hidrogént kap a THF koenzim képződéséhez.
Koenzim reakció mechanizmusok
A koenzimek segítik az enzimeket azáltal, hogy redoxreakciókban elektronokat visznek át, vagy funkcionális csoportokat adnak a szubsztrátokhoz, amelyeket az enzim végtermékké alakít. A koenzimek által a szubsztrátumhoz hozzáadott funkcionális csoportok viszonylag kicsiek: a PLP koenzim például egy aminocsoportot, -NH2-t ad hozzá. A koenzimek redox reakciókat is végrehajtanak. Vagy kivesznek elektronokat az aljzatból, vagy elektronokat adnak hozzá. Ezek a reakciók reverzibilisek, és a koenzim oxidált és redukált formáinak koncentrációjától is függenek. Minél több oxidált koenzim van, annál nagyobb lesz a redukció, és fordítva.
Koenzimek és anyagcsere
A koenzimek meglehetősen egyszerű kémiai reakciókat hajtanak végre, de ezek a reakciók nagy hatással vannak az anyagcsere funkcióira. A K-vitamin megakadályozza a véralvadást azáltal, hogy felgyorsítja a gamma-karboxi-glutamát szintézisét, amely molekula szabadon úszó kalciumionokhoz kötődik. Az artériákban sokkal kevesebb a kalcium felhalmozódása, és kisebb a szívbetegségek kockázata. Az energiát koenzimekben tárolják a sejtlégzés során is, amely során a sejtek energiát nyernek az élelmiszer lebontásával. Ez az energia később szabadul fel a tárolt koenzimek oxidálásával.
Koenzimek újrahasznosítása
A koenzim egyik elsődleges jellemzője, hogy a katalízis nem változtatja meg tartósan. A koenzim szerkezetében bekövetkező bármilyen változás megfordul, mielőtt újrahasznosítják. A redoxreakciókban részt vevő koenzimek, mint a FAD és a NAD +, elektronveszteséggel alakulnak vissza korábbi formájukra. Nem minden koenzim változik ilyen gyorsan vissza, különösen a funkcionális csoportokat átadó koenzimek. Például a THF egy CH2 csoporthoz kötődik, és a reakció befejeződése után DHF-vé alakul. A DHF redukálódik THF-re, és az enzimet újra felhasználják.