Vitamini so bistvene spojine, ki jih je treba pridobiti s prehrano, ker jih telo ne more sintetizirati. Eden od razlogov, zakaj so vitamini potrebni, je, ker imajo posredno vlogo pri katalizi, pri kateri encimi pospešujejo kemične reakcije. Vendar večina vitaminov ne more sama pomagati encimom. Za sodelovanje v katalitičnih reakcijah se mora večina vitaminov spremeniti v koencime, ki so majhne molekule "kopilota", ki se združijo z encimi. Ti koencimi so izjemno koristni, saj po katalizi ostanejo enaki, zato jih večkrat reciklirajo in ponovno uporabijo.
Pretvorba vitaminov v koencime
Večino vitaminov je treba pretvoriti v koencime, preden se lahko povežejo z encimi. Te spremembe vitaminski strukturi dodajo majhne funkcionalne skupine, kot so fosfati, ali pa vključujejo redukcijsko-oksidacijske ali redoks reakcije, pri katerih se elektroni dodajo ali odstranijo. Vitamin B2 mora na primer zajeti in se vezati na fosfatno skupino PO3-, da tvori koencim FMN. Folat je vitamin, ki gre skozi redoks reakcijo in z pridobivanjem elektronov zmanjša dve svoji vezi in dobi štiri vodike, ki tvorijo koencim THF.
Mehanizmi koencimske reakcije
Koencimi pomagajo encimom s prenosom elektronov v redoks reakcijah ali dodajanjem funkcionalnih skupin substratom, ki jih encim pretvori v končni produkt. Funkcionalne skupine, ki jih koencimi dodajo substratu, so razmeroma majhne: koencim PLP na primer doda aminsko skupino -NH2. Koencimi izvajajo tudi redoks reakcije. Ali vzamejo elektrone iz substrata ali mu dajo elektrone. Te reakcije so reverzibilne in so odvisne od koncentracije oksidirane in reducirane oblike koencima. Več kot je oksidiranih koencimov, več bo redukcije in obratno.
Koencimi in presnova
Koencimi izvajajo dokaj preproste kemične reakcije, vendar te reakcije močno vplivajo na presnovne funkcije. Vitamin K preprečuje strjevanje krvi s pospeševanjem sinteze gama-karboksiglutamata, molekule, ki se veže na prosto plavajoče kalcijeve ione. V arterijah je veliko manj kopičenja kalcija in manjše tveganje za bolezni srca. Tudi energija se med celičnim dihanjem shranjuje v koencimih, med katerimi celice pridobivajo energijo iz razgradnje hrane. Ta energija se kasneje sprosti z oksidacijo shranjenih koencimov.
Recikliranje koencimov
Ena glavnih značilnosti koencima je, da se s katalizo ne spremeni trajno. Vse spremembe v strukturi koencima se odpravijo, preden se reciklirajo. Koencimi, ki sodelujejo v redoks reakcijah, kot sta FAD in NAD +, se z izgubo elektronov pretvorijo v prejšnjo obliko. Vsi koencimi se tako hitro ne spremenijo, zlasti koencimi, ki prenašajo funkcionalne skupine. Na primer, THF se veže na skupino CH2 in se po končani reakciji pretvori v DHF. DHF se zmanjša na THF in encim se ponovno uporabi.