FLAVIN ADENIN DINUKLEOTID (FAD): CHARAKTERISTIKA, BIOSYNTÉZA - BIOLOGIE - 2025

FAD (flavin-adenin-dinukleotid) je organická molekula, koenzym v několika enzymů různých metabolických drah. Stejně jako jiné flavin-nukleotidové sloučeniny působí jako protetická skupina enzymů redukujících oxidaci. Tyto enzymy jsou známé jako flavoproteiny.

FAD je silně vázán na flavoprotein, v enzymu sukcinát dehydrogenáza; například je kovalentně navázán na histidinový zbytek.

Zdroj: Edgar181

Flavoproteiny působí v cyklu kyseliny citronové, v elektronickém transportním řetězci a oxidační degradaci aminokyselin a mastných kyselin, jejich funkcí je oxidace alkanů na alkeny.

vlastnosti

FAD se skládá z heterocyklického kruhu (isoaloxacinu), který mu dává žlutou barvu připojenou k alkoholu (ribitolu). Tato sloučenina může být částečně snížen generování stabilní radikál FADH, nebo zcela snížit produkci FADH ₂.

Když je kovalentně vázán na enzymy, považuje se za protetickou skupinu, to znamená, že tvoří neaminokyselinovou část proteinu.

Flavoproteiny ve své oxidované formě představují důležité absorpční pásy ve viditelné oblasti spektra, což jim dává intenzivní zbarvení, které se pohybuje od žluté po červenou a zelenou.

Když jsou tyto enzymy redukovány, dochází ke změně zabarvení v důsledku změny absorpčního spektra. Tato charakteristika se používá ke studiu aktivity těchto enzymů.

Rostliny a některé mikroorganismy, které jsou schopné syntetizovat flaviny, ale ve vyšších živočichů (jako je člověk), syntéza isoaloxacin kroužku není možné, takže tyto sloučeniny jsou získány prostřednictvím stravy, jako je například vitamin B ₂.

V FAD, simultánní přenos dvou elektronů, nebo postupné předávání jednotlivých elektronu, mohou být generovány produkovat redukovanou formu FADH ₂.

FAD biosyntéza

Jak je uvedeno výše, kruh, který tvoří koenzym FAD, nemůže být syntetizován zvířaty, takže pro získání uvedeného koenzymu je vyžadován prekurzor získaný z potravy, což je obvykle vitamin. Tyto vitaminy jsou syntetizovány pouze mikroorganismy a rostlinami.

FAD je generována z vitaminu B ₂ (riboflavinu) prostřednictvím dvou reakcí. V riboflavinu je ribitylový postranní řetězec fosforylován na -OH skupině uhlíku C5 enzymem flavokinázou.

V tomto kroku se vytvoří flavinový mononukleotid (FMN), který, navzdory svému názvu, není skutečným nukleotidem, protože ribitylový řetězec není skutečný cukr.

Po vytvoření FMN a prostřednictvím pyrofosfátové skupiny (PPi) dochází ke kondenzaci s AMP působením enzymu FAD pyrofosforylázy, čímž se konečně vytvoří koenzym FAD. Enzymy flavokináza a pyrofosforyláza se vyskytují v přírodě hojně.

Důležitost

Ačkoli mnoho enzymů může provádět své katalytické funkce samy o sobě, existují některé, které vyžadují vnější složku, která jim dává chemické funkce, které postrádají ve svých polypeptidových řetězcích.

Vnější složky jsou tzv. Kofaktory, kterými mohou být kovové ionty a organické sloučeniny, v tomto případě jsou známé jako koenzymy, jako je tomu v případě FAD.

Katalytické místo komplexu enzym-koenzym se nazývá holoenzym a enzym je znám jako apoenzym, když mu chybí jeho kofaktor, což je stav, ve kterém zůstává katalyticky neaktivní.

Katalytická aktivita různých enzymů (závislých na flavinu) musí být navázána na FAD, aby se mohla provést její katalytická aktivita. V nich FAD působí jako přechodný transportér elektronů a vodíkových atomů produkovaných při přeměně substrátů na produkty.

Existují různé reakce, které závisejí na flavinech, jako je oxidace uhlíkových vazeb v případě transformace nasycených na nenasycené mastné kyseliny nebo oxidace sukcinátu na fumarát.

Flavin-dependentní dehydrogenázy a oxidázy

Enzymy závislé na flavinu obsahují pevně připojený FAD jako protetickou skupinu. Oblasti tohoto koenzymu, které se podílejí na redoxu různých reakcí, lze reverzibilně redukovat, to znamená, že molekula se může reverzibilně změnit na _stavy FAD, FADH a FADH ₂.

Nejdůležitějšími flavoproteiny jsou dehydrogenázy spojené s transportem elektronů a dýcháním a nacházejí se v mitochondriích nebo jejich membránách.

Některé enzymy závislé na flavinu jsou sukcinátdehydrogenáza, která působí v cyklu kyseliny citronové, a také acyl-CoA-dehydrogenáza, která v prvním dehydrogenačním stupni zasahuje do oxidace mastných kyselin.

Flavoproteiny, které jsou dehydrogenázy, mají nízkou pravděpodobnost, že snížený FAD (FADH ₂) lze reoxidovat molekulárním kyslíkem. Na druhé straně, v flavoproteinových oxidázách, FADH ₂ snadno inklinuje k reoxidaci a produkuje peroxid vodíku.

V některých savčích buňkách existuje flavoprotein nazývaný NADPH-cytochrom P450 reduktáza, který obsahuje jak FAD, tak FMN (flavin mononukleotid).

Tento flavoprotein je membránový enzym zabudovaný do vnější membrány endoplazmatického retikula. FAD navázaný na tento enzym je elektronovým akceptorem pro NADPH během okysličování substrátu.

FAD v metabolických drahách

Sukcinát dehydrogenáza je membránový flavoprotein umístěný ve vnitřní mitochondriální membráně buněk, obsahující kovalentně vázaný FAD. V cyklu kyseliny citronové je zodpovědná za oxidaci nasycené vazby ve středu molekuly sukcinátu a její přeměnu na dvojnou za vzniku fumarátu.

Koenzym FAD je receptor elektronů pocházejících z oxidace této vazby, snižuje to do jeho FADH ₂ stavu. Tyto elektrony jsou později přeneseny do elektronického dopravního řetězce.

Komplex II elektronového transportního řetězce obsahuje flavoprotein sukcinát dehydrogenázu. Funkce tohoto komplexu je projít elektrony z kyseliny jantarové na koenzymu Q. FADH ₂ se oxiduje na FAD, tak přenášet elektrony.

Flavoprotein acyl-CoA-dehydrogenáza katalyzuje tvorbu trans dvojné vazby za vzniku trans-enoyl CoA v metabolické cestě β-oxidace mastných kyselin. Tato reakce je chemicky stejná jako reakce prováděná sukcinát dehydrogenázou v cyklu kyseliny citronové, přičemž koenzym FAD je receptorem pro H-produkt dehydrogenace.

Reference

1. Devlin, TM (1992). Učebnice biochemie: s klinickými korelacemi. John Wiley & Sons, Inc.
2. Garrett, RH, a Grisham, CM (2008). Biochemie. Ed. Thomson Brooks / Cole.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4. vydání. Ed Omega. Barcelona.
4. Rawn, JD (1989). Biochemie (č. 577,1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
5. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.