Vitaminer er viktige forbindelser som må tilegnes gjennom dietten fordi kroppen ikke kan syntetisere dem. En av grunnene til at vitaminer er nødvendig, er fordi de spiller en indirekte rolle i katalyse, der enzymer fremskynder kjemiske reaksjoner. Imidlertid kan de fleste vitaminer ikke hjelpe enzymer alene. For å delta i katalytiske reaksjoner, må de fleste vitaminer endres til koenzymer som er små "co-pilot" -molekyler som kobles sammen med enzymer. Disse koenzymer er ekstremt nyttige fordi de forblir de samme etter katalyse, så de resirkuleres og gjenbrukes flere ganger.
Konvertering av vitaminer til koenzymer
De fleste vitaminer må omdannes til koenzymer før de kan kobles sammen med enzymer. Disse endringene legger til små funksjonelle grupper som fosfater i vitaminstrukturen, eller de involverer reduksjon-oksidasjon, eller redoks, reaksjoner der elektroner enten tilsettes eller fjernes. For eksempel må vitamin B2 gripe og binde seg til en fosfatgruppe, PO3-, for å danne koenzymet FMN. Folat er et vitamin som går gjennom en redoksreaksjon og reduserer to av bindingen ved å skaffe elektroner, og det får fire hydrogener til å danne koenzymet THF.
Koenzymreaksjonsmekanismer
Koenzymer hjelper enzymer ved å overføre elektroner i redoksreaksjoner, eller tilsette funksjonelle grupper til substrater, som blir omdannet til sluttproduktet av enzymet. De funksjonelle gruppene som koenzymer tilfører substratet er relativt små: koenzymet PLP tilfører en amingruppe, -NH2, for eksempel. Koenzymer utfører også redoksreaksjoner. De tar enten elektroner fra underlaget eller gir elektroner til det. Disse reaksjonene er reversible og avhenger av konsentrasjonen av både oksidert og redusert form av koenzym. Jo flere oksyderte koenzymer er, jo mer reduksjon blir det, og omvendt.
Koenzymer og metabolisme
Koenzymer utfører ganske enkle kjemiske reaksjoner, men disse reaksjonene har stor innvirkning på metabolske funksjoner. K-vitamin forhindrer blodpropp ved å fremskynde syntesen av gamma-karboksyglutamat, et molekyl som binder seg til fritt flytende kalsiumioner. Det er mye mindre kalsiumoppbygging i arteriene, og lavere risiko for hjertesykdom. Energi lagres også i koenzymer under cellulær respirasjon, hvor celler får energi fra å bryte ned mat. Denne energien frigjøres senere ved å oksidere de lagrede koenzymer.
Resirkulering av koenzymer
En av de viktigste egenskapene til et koenzym er at det ikke endres permanent ved katalyse. Eventuelle endringer i koenzymets struktur blir reversert før det resirkuleres. Koenzymer som deltar i redoksreaksjoner, som FAD og NAD +, konverteres tilbake til sin forrige form ved å miste elektroner. Ikke alle koenzymer endres raskt tilbake, spesielt koenzymer som overfører funksjonelle grupper. For eksempel binder THF seg til en CH2-gruppe og omdannes til DHF etter at reaksjonen er avsluttet. DHF reduseres til THF og enzymet gjenbrukes.
