Vitaminler, vücut onları sentezleyemediği için diyet yoluyla alınması gereken temel bileşiklerdir. Vitaminlere ihtiyaç duyulmasının nedenlerinden biri, enzimlerin kimyasal reaksiyonları hızlandırdığı katalizde dolaylı bir rol oynamalarıdır. Bununla birlikte, çoğu vitamin enzimlere kendi başlarına yardımcı olamaz. Katalitik reaksiyonlara katılmak için çoğu vitaminin, enzimlerle eşleşen küçük "yardımcı pilot" moleküller olan koenzimlere dönüşmesi gerekir. Bu koenzimler son derece kullanışlıdır çünkü katalizden sonra aynı kalırlar, bu nedenle birçok kez geri dönüştürülür ve yeniden kullanılırlar.
Vitaminleri Koenzimlere Dönüştürmek
Çoğu vitamin, enzimlerle eşleşmeden önce koenzimlere dönüştürülmelidir. Bu değişiklikler vitamin yapısına fosfatlar gibi küçük fonksiyonel gruplar ekler veya elektronların eklendiği veya çıkarıldığı indirgeme-oksidasyon veya redoks reaksiyonlarını içerir. Örneğin, B2 Vitamini koenzim FMN'yi oluşturmak için bir fosfat grubu olan PO3-'e tutunmalı ve bağlanmalıdır. Folat, redoks reaksiyonu geçirerek elektron alarak iki bağını indirgeyen ve dört hidrojen alarak koenzim THF'yi oluşturan bir vitamindir.
Koenzim Reaksiyon Mekanizmaları
Koenzimler, redoks reaksiyonlarında elektronları transfer ederek veya enzim tarafından nihai ürüne dönüştürülen substratlara fonksiyonel gruplar ekleyerek enzimlere yardımcı olur. Koenzimlerin substrata eklediği fonksiyonel gruplar nispeten küçüktür: koenzim PLP, örneğin bir amin grubu, -NH2 ekler. Koenzimler ayrıca redoks reaksiyonları gerçekleştirir. Ya substrattan elektron alırlar ya da ona elektron verirler. Bu reaksiyonlar geri dönüşümlüdür ve koenzimin hem oksitlenmiş hem de indirgenmiş formlarının konsantrasyonlarına bağlıdır. Daha fazla oksitlenmiş koenzimler, daha fazla indirgeme olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir.
Koenzimler ve Metabolizma
Koenzimler oldukça basit kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirir, ancak bu reaksiyonların metabolik fonksiyonlar üzerinde büyük bir etkisi vardır. K vitamini, serbest yüzen kalsiyum iyonlarına bağlanan bir molekül olan gama-karboksiglutamat sentezini hızlandırarak kanın pıhtılaşmasını önler. Arterlerde çok daha az kalsiyum birikimi ve daha düşük kalp hastalığı riski vardır. Enerji ayrıca, hücrelerin yiyecekleri parçalayarak enerji elde ettiği hücresel solunum sırasında koenzimlerde depolanır. Bu enerji daha sonra depolanan koenzimlerin oksitlenmesiyle açığa çıkar.
Koenzimlerin Geri Dönüşümü
Bir koenzimin temel özelliklerinden biri, kataliz tarafından kalıcı olarak değiştirilmemesidir. Koenzim yapısındaki herhangi bir değişiklik, geri dönüştürülmeden önce tersine çevrilir. FAD ve NAD+ gibi redoks reaksiyonlarına katılan koenzimler, elektron kaybederek önceki hallerine dönüştürülür. Tüm koenzimler, özellikle fonksiyonel grupları transfer eden koenzimler, bu kadar hızlı değiştirilmez. Örneğin, THF bir CH2 grubuna bağlanır ve reaksiyon bittikten sonra DHF'ye dönüştürülür. DHF, THF'ye indirgenir ve enzim yeniden kullanılır.