Las vitaminas son compuestos esenciales que deben ser adquiridos a través de la dieta porque el cuerpo no puede sintetizarlos. Una de las razones por las que se necesitan vitaminas es porque desempeñan un papel indirecto en la catálisis, en la que las enzimas aceleran las reacciones químicas. Sin embargo, la mayoría de las vitaminas no pueden ayudar a las enzimas por sí mismas. Para participar en las reacciones catalíticas, la mayoría de las vitaminas tienen que transformarse en coenzimas que son pequeñas moléculas "copiloto" que se complementan con enzimas. Estas coenzimas son extremadamente útiles porque permanecen iguales después de la catálisis, por lo que se reciclan y se vuelven a usar varias veces.

Convirtiendo vitaminas en coenzimas

La mayoría de las vitaminas se deben convertir en coenzimas antes de que puedan emparejarse con las enzimas. Estos cambios agregan pequeños grupos funcionales como los fosfatos a la estructura de la vitamina, o implican reacciones de reducción-oxidación, o redox, donde los electrones se agregan o eliminan. Por ejemplo, la vitamina B2 tiene que agarrarse y unirse a un grupo fosfato, PO3-, para formar la coenzima FMN. El folato es una vitamina que atraviesa una reacción redox y reduce dos de sus enlaces al ganar electrones y obtiene cuatro hidrógenos para formar la coenzima THF.

Mecanismos de reacción de la coenzima

Las coenzimas ayudan a las enzimas mediante la transferencia electrones en reacciones redox, o la adición de grupos funcionales a los sustratos, que la enzima convierte en el producto final. Los grupos funcionales que las coenzimas agregan al sustrato son relativamente pequeños: la coenzima PLP agrega un grupo amino, -NH2, por ejemplo. Las coenzimas también realizan reacciones redox. O bien toman electrones del sustrato o le dan electrones. Estas reacciones son reversibles y dependen de las concentraciones tanto de formas oxidadas como reducidas de la coenzima. Mientras más coenzimas sean oxidadas, mayor será la reducción, y viceversa.

Coenzimas y Metabolismo

Las coenzimas llevan a cabo reacciones químicas bastante simples, pero estas reacciones tienen un gran impacto en las funciones metabólicas . La vitamina K previene la coagulación de la sangre al acelerar la síntesis de gamma-carboxiglutamato, una molécula que se une a los iones de calcio que flotan libremente. Hay mucha menos acumulación de calcio en las arterias y un menor riesgo de enfermedad cardíaca. La energía también se almacena en coenzimas durante la respiración celular, durante la cual las células obtienen energía de la descomposición de los alimentos. Esta energía se libera más tarde mediante la oxidación de las coenzimas almacenadas.

Reciclaje de las Coenzimas

Una de las características principales de una coenzima es que no se cambia permanentemente por catálisis. Cualquier cambio en la estructura de la coenzima se revierte antes de reciclarse. Las coenzimas que participan en reacciones redox, como FAD y NAD +, vuelven a su forma anterior al perder electrones. No todas las coenzimas se cambian rápidamente, especialmente las coenzimas que transfieren grupos funcionales. Por ejemplo, THF se une a un grupo CH2 y se convierte en DHF una vez que la reacción ha finalizado. El DHF se reduce a THF y la enzima se reutiliza.