Вітаміни - це необхідні сполуки, які необхідно набувати за допомогою дієти, оскільки організм не може їх синтезувати. Однією з причин, чому потрібні вітаміни, є те, що вони відіграють непряму роль у каталізі, коли ферменти прискорюють хімічні реакції. Однак більшість вітамінів не можуть самостійно допомогти ферментам. Для участі в каталітичних реакціях більшості вітамінів доводиться перетворюватися на коферменти, які є маленькими молекулами «другого пілота», що поєднуються з ферментами. Ці коферменти надзвичайно корисні, оскільки вони залишаються незмінними після каталізу, тому їх переробляють і повторно використовують багаторазово.
Перетворення вітамінів у коферменти
Більшість вітамінів повинні бути перетворені в коферменти, перш ніж вони зможуть поєднатися з ферментами. Ці зміни додають до вітамінної структури невеликі функціональні групи, такі як фосфати, або вони включають реакції відновлення-окиснення або окислювально-відновну реакцію, коли електрони додаються або видаляються. Наприклад, вітамін В2 повинен захоплювати і зв'язуватися з фосфатною групою, PO3-, з утворенням коферменту FMN. Фолат - це вітамін, який проходить через окисно-відновну реакцію і відновлює два свої зв’язки, отримуючи електрони, і отримує чотири водню з утворенням коферменту ТГФ.
Механізми реакції коферменту
Коферменти допомагають ферментам, переносячи електрони в окисно-відновних реакціях, або додаючи функціональні групи до субстратів, які ферментом перетворюються в кінцевий продукт. Функціональні групи, які коферменти додають до субстрату, відносно невеликі: кофермент PLP додає аміногрупу, наприклад, -NH2. Коферменти також здійснюють окисно-відновну реакцію. Вони або беруть електрони з підкладки, або віддають їй електрони. Ці реакції є оборотними і залежать від концентрацій як окисленої, так і відновленої форм коферменту. Чим більше окислених коферментів, тим більше буде відновлення, і навпаки.
Коферменти та метаболізм
Коферменти здійснюють досить прості хімічні реакції, але ці реакції мають великий вплив на метаболічні функції. Вітамін К запобігає згортанню крові, прискорюючи синтез гамма-карбоксиглутамата, молекули, яка зв'язується з вільно плаваючими іонами кальцію. У артеріях накопичується набагато менше кальцію, і менший ризик серцевих захворювань. Також енергія зберігається в коферментах під час клітинного дихання, під час якого клітини отримують енергію, розкладаючи їжу. Ця енергія виділяється пізніше шляхом окислення накопичених коферментів.
Переробка коферментів
Однією з основних характеристик коферменту є те, що він не може постійно змінюватися внаслідок каталізу. Будь-які зміни в структурі коферменту змінюються перед його переробкою. Коферменти, які беруть участь у окисно-відновних реакціях, такі як FAD та NAD +, перетворюються назад у свою попередню форму, втрачаючи електрони. Не всі коферменти змінюються назад так швидко, особливо коферменти, які передають функціональні групи. Наприклад, THF зв'язується з групою CH2 і перетворюється в DHF після закінчення реакції. DHF відновлюється до THF і фермент використовується повторно.