Vitamīni ir būtiski savienojumi, kas jāiegūst diētas laikā, jo organisms tos nespēj sintezēt. Viens no vitamīnu nepieciešamības iemesliem ir tas, ka tiem ir netieša loma katalīzē, kurā fermenti paātrina ķīmiskās reakcijas. Tomēr lielākā daļa vitamīnu paši par sevi nevar palīdzēt fermentiem. Lai piedalītos katalītiskajās reakcijās, lielākajai daļai vitamīnu ir jāpārveidojas par koenzīmiem, kas ir mazas "otrā pilota" molekulas, kas savienojas pārī ar fermentiem. Šie koenzīmi ir ārkārtīgi noderīgi, jo pēc katalīzes tie paliek nemainīgi, tāpēc tos vairākas reizes pārstrādā un atkārtoti izmanto.
Vitamīnu pārveidošana par koenzīmiem
Lielākā daļa vitamīnu ir jāpārvērš koenzīmos, pirms tie var savienoties pārī ar fermentiem. Šīs izmaiņas vitamīnu struktūrai pievieno nelielas funkcionālās grupas, piemēram, fosfātus, vai arī tās ir saistītas ar reducēšanās oksidēšanu vai redokss reakcijām, kurās elektroni tiek pievienoti vai noņemti. Piemēram, B2 vitamīnam ir jāķeras un jāpiesaistās fosfātu grupai PO3-, lai izveidotu koenzīmu FMN. Folāts ir vitamīns, kas notiek redoksreakcijā un samazina divas tā saites, iegūstot elektronus, un tas iegūst četrus ūdeņražus, lai izveidotu koenzīmu THF.
Koenzīma reakcijas mehānismi
Koenzīmi palīdz fermentiem, pārnesot elektronus redoksreakcijās vai pievienojot substrātiem funkcionālās grupas, kuras ferments pārveido galaproduktā. Funkcionālās grupas, ko koenzīmi pievieno substrātam, ir salīdzinoši mazas: koenzīms PLP pievieno, piemēram, amīnu grupu -NH2. Koenzīmi veic arī redoksreakcijas. Viņi vai nu ņem elektronus no pamatnes, vai arī piešķir tam elektronus. Šīs reakcijas ir atgriezeniskas un atkarīgas no koenzīma oksidētās un reducētās formas koncentrācijas. Jo vairāk oksidētu koenzīmu, jo vairāk būs reducēšanās, un otrādi.
Koenzīmi un vielmaiņa
Koenzīmi veic diezgan vienkāršas ķīmiskās reakcijas, taču šīm reakcijām ir liela ietekme uz vielmaiņas funkcijām. K vitamīns novērš asins recēšanu, paātrinot gamma-karboksiglutamāta - molekulas, kas saistās ar brīvi peldošiem kalcija joniem, sintēzi. Artērijās ir daudz mazāk kalcija uzkrāšanās un mazāks sirds slimību risks. Šūnu elpošanas laikā enerģija tiek uzkrāta arī koenzīmos, kuru laikā šūnas iegūst enerģiju, sadalot pārtiku. Šī enerģija vēlāk atbrīvojas, oksidējot uzglabātos koenzīmus.
Koenzīmu pārstrāde
Viena no koenzīma primārajām īpašībām ir tā, ka katalīze to neatgriezeniski maina. Visas koenzīma struktūras izmaiņas tiek atceltas, pirms tās tiek pārstrādātas. Koenzīmi, kas piedalās redoksreakcijās, piemēram, FAD un NAD +, zaudējot elektronus, tiek pārveidoti atpakaļ iepriekšējā formā. Ne visi koenzīmi tiek ātri mainīti, īpaši koenzīmi, kas pārnes funkcionālās grupas. Piemēram, THF saistās ar CH2 grupu un pēc reakcijas beigām tiek pārveidots par DHF. DHF tiek samazināts līdz THF, un fermentu izmanto atkārtoti.