מה התפקיד שמשחקים ויטמינים בפעילות האנזים?

ויטמינים הם תרכובות חיוניות שיש לרכוש באמצעות התזונה מכיוון שהגוף אינו יכול לסנתז אותם. אחת הסיבות לכך שויטמינים נדרשים היא מכיוון שהם ממלאים תפקיד עקיף בקטליזה, בה אנזימים מזרזים את התגובות הכימיות. עם זאת, רוב הוויטמינים אינם יכולים לעזור לאנזימים בכוחות עצמם. על מנת להשתתף בתגובות קטליטיות, רוב הוויטמינים צריכים לעבור לקואנזימים שהם מולקולות קטנות של "פיילוט-משנה" המשתלבות עם אנזימים. קואנזימים אלה שימושיים ביותר מכיוון שהם נשארים זהים לאחר הזרז, ולכן הם ממוחזרים ומשתמשים בהם מספר פעמים.

יש להמיר את רוב הוויטמינים לקואנזימים לפני שהם יכולים להתחבר לאנזימים. שינויים אלה מוסיפים קבוצות פונקציונליות קטנות כמו פוספטים למבנה הוויטמין, או שהם כרוכים בתגובות הפחתה-חמצון, או חמצון מחדש, שבהם מוסיפים או מסלקים אלקטרונים. לדוגמא, ויטמין B2 צריך לתפוס ולהיקשר לקבוצת פוספט, PO3-, כדי ליצור את הקואנזים FMN. חומצה פולית היא ויטמין שעובר תגובה חמצונית ומפחית שניים מהקשרים שלו על ידי השגת אלקטרונים והוא מקבל ארבעה מימנים ליצירת הקואנזים THF.

קואנזימים מסייעים לאנזימים על ידי העברת אלקטרונים בתגובות חמצון, או הוספת קבוצות פונקציונליות למצעים, אשר הופכים לתוצר הסופי על ידי האנזים. הקבוצות הפונקציונליות שמקבלים אנזימים למצע קטנות יחסית: הקואנזים PLP מוסיף קבוצת אמין, -NH2, למשל. קואנזימים מבצעים גם תגובות חיזור. הם לוקחים אלקטרונים מהמצע או נותנים לו אלקטרונים. תגובות אלו הפיכות ותלויות בריכוזים של הצורות המחומצנות והמופחתות של הקואנזים. ככל שהקואנזימים המחומצנים יותר, כך תהיה הפחתה רבה יותר, ולהיפך.

קואנזימים מבצעים תגובות כימיות פשוטות למדי, אך לתגובות אלו יש השפעה רבה על התפקודים המטבוליים. ויטמין K מונע קרישת דם על ידי האצת הסינתזה של גמא-קרבוקסיגלוטמט, מולקולה הנקשרת ליוני סידן הצפים חופשי. יש הרבה פחות הצטברות סידן בעורקים, וסיכון נמוך יותר למחלות לב. אנרגיה נשמרת גם בקואנזימים במהלך נשימה תאית, במהלכה תאים משיגים אנרגיה מפירוק המזון. אנרגיה זו משתחררת בהמשך באמצעות חמצון הקואנזימים המאוחסנים.

אחד המאפיינים העיקריים של קואנזים הוא שהוא אינו משתנה לצמיתות באמצעות זרז. כל שינוי במבנה הקואנזים מתהפך לפני שהוא ממוחזר. קואנזימים המשתתפים בתגובות חמצון, כמו FAD ו- NAD +, מומרים חזרה לצורתם הקודמת על ידי איבוד אלקטרונים. לא כל האנזימים מוחלפים במהירות זו, במיוחד קואנזימים המעבירים קבוצות פונקציונליות. לדוגמא, THF נקשר לקבוצת CH2 ומומר ל- DHF לאחר סיום התגובה. DHF מצטמצם ל- THF והאנזים נעשה שימוש חוזר.