As vitaminas são compostos essenciais que devem ser adquiridos através da dieta, porque o organismo não consegue sintetizá-los. Uma das razões pelas quais as vitaminas são necessárias é porque elas desempenham um papel indireto na catálise, na qual as enzimas aceleram as reações químicas. No entanto, a maioria das vitaminas não pode ajudar as enzimas por conta própria. Para participar de reações catalíticas, a maioria das vitaminas precisa se transformar em coenzimas que são pequenas moléculas "co-piloto" que combinam com enzimas. Estas coenzimas são extremamente úteis porque permanecem as mesmas após a catálise, por isso são recicladas e reutilizadas várias vezes.

Convertendo vitaminas em coenzimas

A maioria das vitaminas tem que ser convertida em coenzimas antes que elas possam emparelhar-se com enzimas. Essas alterações adicionam pequenos grupos funcionais como fosfatos à estrutura da vitamina, ou envolvem reações de redução-oxidação ou redox, onde os elétrons são adicionados ou removidos. Por exemplo, a vitamina B2 tem que agarrar e ligar-se a um grupo fosfato, PO3-, para formar a coenzima FMN. O folato é uma vitamina que passa por uma reação redox e reduz duas de suas ligações, ganhando elétrons e obtém quatro hidrogênios para formar a coenzima THF.

Mecanismos de reação da coenzima

As coenzimas ajudam as enzimas transferindo elétrons em reações redox, ou adicionando grupos funcionais a substratos, que são convertidos no produto final pela enzima. Os grupos funcionais que as coenzimas adicionam ao substrato são relativamente pequenos: a coenzima PLP adiciona um grupo amina, -NH2, por exemplo. As coenzimas também realizam reações redox. Eles pegam elétrons do substrato ou dão elétrons a ele. Estas reações são reversíveis e dependem das concentrações das formas oxidadas e reduzidas da coenzima. Quanto mais coenzimas oxidadas, mais redução haverá, e vice-versa.

Coenzimas e Metabolismo

As coenzimas realizam reações químicas bastante simples, mas essas reações têm um impacto importante nas funções metabólicas . A vitamina K impede a coagulação do sangue acelerando a síntese do gama-carboxiglutamato, uma molécula que se liga aos íons de cálcio de flutuação livre. Há muito menos acúmulo de cálcio nas artérias e um menor risco de doença cardíaca. A energia também é armazenada em coenzimas durante a respiração celular, durante a qual as células obtêm energia da quebra de alimentos. Esta energia é liberada mais tarde pela oxidação das coenzimas armazenadas.

Reciclando coenzimas

Uma das principais características de uma coenzima é que ela não é permanentemente alterada por catálise. Quaisquer alterações na estrutura da coenzima são revertidas antes de serem recicladas. Coenzimas que participam de reações redox, como FAD e NAD +, são convertidas de volta à sua forma anterior, perdendo elétrons. Nem todas as coenzimas são alteradas rapidamente, especialmente as coenzimas que transferem grupos funcionais. Por exemplo, o THF liga-se a um grupo CH2 e é convertido em DHF após o término da reação. A DHF é reduzida a THF e a enzima é reutilizada.