วิตามินมีบทบาทอย่างไรในกิจกรรมของเอนไซม์?

วิตามินเป็นสารประกอบสำคัญที่ต้องได้รับจากอาหารเพราะร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้ เหตุผลหนึ่งที่จำเป็นต้องมีวิตามินก็เพราะว่าวิตามินเหล่านี้มีบทบาททางอ้อมในการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยาทางเคมีให้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม วิตามินส่วนใหญ่ไม่สามารถช่วยเอนไซม์ได้ด้วยตัวเอง เพื่อมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา วิตามินส่วนใหญ่ต้องเปลี่ยนเป็นโคเอ็นไซม์ที่เป็นโมเลกุล "นักบินร่วม" ขนาดเล็กที่จับคู่กับเอนไซม์ โคเอ็นไซม์เหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเพราะพวกมันยังคงเหมือนเดิมหลังจากการเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นพวกมันจึงถูกรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่หลายครั้ง

วิตามินส่วนใหญ่จะต้องถูกแปลงเป็นโคเอ็นไซม์ก่อนจึงจะสามารถจับคู่กับเอ็นไซม์ได้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะเพิ่มกลุ่มการทำงานเล็กๆ เช่น ฟอสเฟตให้กับโครงสร้างวิตามิน หรือเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชัน หรือปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยที่อิเล็กตรอนถูกเติมหรือกำจัดออกไป ตัวอย่างเช่น วิตามินบี 2 ต้องจับและจับกับกลุ่มฟอสเฟต PO3- เพื่อสร้างโคเอ็นไซม์ FMN โฟเลตเป็นวิตามินที่ผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์และลดพันธะสองพันธะโดยรับอิเล็กตรอนและได้รับไฮโดรเจนสี่ตัวเพื่อสร้างโคเอ็นไซม์ THF

โคเอ็นไซม์ช่วยเอ็นไซม์โดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยารีดอกซ์ หรือเพิ่มหมู่ฟังก์ชันลงในสารตั้งต้น ซึ่งเอนไซม์จะเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย หมู่ฟังก์ชันที่โคเอ็นไซม์เพิ่มไปยังซับสเตรตมีขนาดค่อนข้างเล็ก: โคเอ็นไซม์ PLP เพิ่มหมู่เอมีน -NH2 เป็นต้น โคเอ็นไซม์ยังทำปฏิกิริยารีดอกซ์ พวกเขาเอาอิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นหรือให้อิเล็กตรอนไป ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้และขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโคเอ็นไซม์ทั้งแบบออกซิไดซ์และแบบรีดิวซ์ ยิ่งโคเอ็นไซม์ออกซิไดซ์มากเท่าไหร่ ก็ยิ่งลดลงเท่านั้น และในทางกลับกัน

โคเอ็นไซม์ทำปฏิกิริยาเคมีที่ค่อนข้างง่าย แต่ปฏิกิริยาเหล่านี้มีผลกระทบสำคัญต่อการทำงานของเมแทบอลิซึม วิตามินเคป้องกันการแข็งตัวของเลือดโดยเร่งการสังเคราะห์แกมมา-คาร์บอกซีกลูตาเมต ซึ่งเป็นโมเลกุลที่จับกับแคลเซียมไอออนที่ลอยได้อย่างอิสระ มีแคลเซียมสะสมในหลอดเลือดน้อยกว่ามากและลดความเสี่ยงต่อโรคหัวใจ พลังงานยังถูกเก็บไว้ในโคเอ็นไซม์ระหว่างการหายใจระดับเซลล์ ในระหว่างที่เซลล์ได้รับพลังงานจากการย่อยอาหาร พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาในภายหลังโดยการออกซิไดซ์ของโคเอ็นไซม์ที่เก็บไว้

ลักษณะสำคัญประการหนึ่งของโคเอ็นไซม์คือไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวรโดยการเร่งปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในโครงสร้างของโคเอ็นไซม์จะกลับกันก่อนที่จะนำกลับมาใช้ใหม่ โคเอ็นไซม์ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์ เช่น FAD และ NAD+ จะถูกแปลงกลับไปเป็นรูปแบบเดิมโดยการสูญเสียอิเล็กตรอน ไม่ใช่ว่าโคเอ็นไซม์ทั้งหมดจะถูกเปลี่ยนกลับอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งโคเอ็นไซม์ที่ถ่ายโอนหมู่ฟังก์ชัน ตัวอย่างเช่น THF จับกับกลุ่ม CH2 และถูกแปลงเป็น DHF หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น DHF ลดลงเป็น THF และนำเอนไซม์กลับมาใช้ใหม่