Vitamíny sú základné látky, ktoré sa musia získavať stravou, pretože telo ich nedokáže syntetizovať. Jedným z dôvodov, prečo sú vitamíny potrebné, je skutočnosť, že hrajú nepriamu úlohu pri katalýze, pri ktorej enzýmy urýchľujú chemické reakcie. Väčšina vitamínov však nemôže sama pomôcť enzýmom. Aby sa väčšina vitamínov mohla zúčastňovať na katalytických reakciách, musí sa zmeniť na koenzýmy, ktoré sú malými „vedľajšími“ molekulami spárovanými s enzýmami. Tieto koenzýmy sú mimoriadne užitočné, pretože po katalýze zostávajú rovnaké, takže sú recyklované a opakovane použité.
Premena vitamínov na koenzýmy
Väčšina vitamínov sa musí predtým, ako sa môže spojiť s enzýmami, premeniť na koenzýmy. Tieto zmeny pridávajú do štruktúry vitamínov malé funkčné skupiny, ako sú fosforečnany, alebo zahŕňajú redukčno-oxidačné alebo redoxné reakcie, pri ktorých sa elektróny buď pridávajú alebo odstraňujú. Napríklad vitamín B2 sa musí zachytiť a viazať na fosfátovú skupinu PO3-, aby vytvoril koenzým FMN. Folát je vitamín, ktorý prechádza redoxnou reakciou a redukuje dve svoje väzby získavaním elektrónov. Získava štyri vodíky a vytvára koenzým THF.
Mechanizmy koenzýmovej reakcie
Koenzýmy pomáhajú enzýmom prenosom elektrónov pri redoxných reakciách alebo pridávaním funkčných skupín k substrátom, ktoré sa enzýmom menia na konečný produkt. Funkčné skupiny, ktoré koenzýmy pridávajú k substrátu, sú relatívne malé: koenzým PLP napríklad pridáva amínovú skupinu, napríklad -NH2. Koenzýmy tiež uskutočňujú redoxné reakcie. Buď odoberajú elektróny zo substrátu alebo mu dodávajú elektróny. Tieto reakcie sú reverzibilné a závisia od koncentrácií oxidovaných aj redukovaných foriem koenzýmu. Čím viac oxidovaných koenzýmov bude, tým viac dôjde k redukcii a naopak.
Koenzýmy a metabolizmus
Koenzýmy uskutočňujú pomerne jednoduché chemické reakcie, ale tieto reakcie majú zásadný vplyv na metabolické funkcie. Vitamín K zabraňuje zrážaniu krvi urýchlením syntézy gama-karboxyglutamátu, molekuly, ktorá sa viaže na voľne plávajúce ióny vápnika. V tepnách je oveľa menšie množstvo vápniku a je nižšie riziko srdcových chorôb. Energia sa tiež ukladá v koenzýmoch počas bunkového dýchania, počas ktorého bunky získavajú energiu z rozkladu potravy. Táto energia sa uvoľňuje neskôr oxidáciou uložených koenzýmov.
Recyklácia koenzýmov
Jednou z hlavných charakteristík koenzýmu je, že sa permanentne nemení katalýzou. Akékoľvek zmeny v štruktúre koenzýmu sú obrátené skôr, ako dôjde k ich recyklácii. Koenzýmy, ktoré sa podieľajú na oxidačno-redukčných reakciách, ako sú FAD a NAD +, sa konvertujú späť do pôvodnej formy stratou elektrónov. Nie všetky koenzýmy sa tak rýchlo zmenia späť, najmä koenzýmy, ktoré prenášajú funkčné skupiny. Napríklad THF sa viaže na skupinu CH2 a po ukončení reakcie sa prevedie na DHF. DHF sa redukuje na THF a enzým sa znovu použije.
