Vitaminele sunt compuși esențiali care trebuie dobândiți prin dietă, deoarece organismul nu le poate sintetiza. Unul dintre motivele pentru care sunt necesare vitaminele este că acestea joacă un rol indirect în cataliză, în care enzimele accelerează reacțiile chimice. Cu toate acestea, majoritatea vitaminelor nu pot ajuta enzimele singure. Pentru a participa la reacțiile catalitice, majoritatea vitaminelor trebuie să se transforme în coenzime care sunt mici molecule „copilot” care se împerechează cu enzimele. Aceste coenzime sunt extrem de utile deoarece rămân aceleași după cataliză, deci sunt reciclate și refolosite de mai multe ori.
Conversia vitaminelor în coenzime
Majoritatea vitaminelor trebuie transformate în coenzime înainte de a se putea împerechea cu enzime. Aceste modificări adaugă grupuri funcționale mici, cum ar fi fosfații, la structura vitaminelor sau implică reacții de reducere-oxidare sau redox, în care electronii sunt fie adăugați, fie eliminați. De exemplu, vitamina B2 trebuie să se prindă și să se lege de un grup fosfat, PO3-, pentru a forma coenzima FMN. Folatul este o vitamină care trece printr-o reacție redox și reduce două dintre legăturile sale câștigând electroni și obține patru hidrogeni pentru a forma coenzima THF.
Mecanisme de reacție coenzimatică
Coenzimele ajută enzimele prin transferul de electroni în reacțiile redox sau prin adăugarea de grupuri funcționale la substraturi, care sunt transformate în produsul final de către enzimă. Grupurile funcționale pe care coenzimele le adaugă substratului sunt relativ mici: coenzima PLP adaugă o grupare amină, -NH2, de exemplu. Coenzimele efectuează, de asemenea, reacții redox. Ori iau electroni din substrat sau îi dau electroni. Aceste reacții sunt reversibile și depind de concentrațiile formelor oxidate și reduse ale coenzimei. Cu cât sunt mai multe coenzime oxidate, cu atât va exista o reducere mai mare și invers.
Coenzime și metabolism
Coenzimele efectuează reacții chimice destul de simple, dar aceste reacții au un impact major asupra funcțiilor metabolice. Vitamina K previne coagularea sângelui prin accelerarea sintezei gamma-carboxiglutamatului, o moleculă care se leagă de ionii de calciu plutitori. Există mult mai puțină acumulare de calciu în artere și un risc mai mic de boli de inimă. Energia este stocată și în coenzime în timpul respirației celulare, timp în care celulele obțin energie din descompunerea alimentelor. Această energie este eliberată ulterior prin oxidarea coenzimelor stocate.
Reciclarea coenzimelor
Una dintre caracteristicile principale ale unei coenzime este că nu este modificată permanent prin cataliză. Orice modificare a structurii coenzimei este inversată înainte de a fi reciclată. Coenzimele care participă la reacțiile redox, cum ar fi FAD și NAD +, sunt convertite înapoi la forma lor anterioară prin pierderea electronilor. Nu toate coenzimele sunt schimbate înapoi atât de repede, în special coenzimele care transferă grupuri funcționale. De exemplu, THF se leagă de o grupare CH2 și este transformat în DHF după ce reacția este terminată. DHF este redus la THF și enzima este refolosită.