FLAVIN ADENINE DINUCLEOTIDE (RAGE): KENMERKEN, BIOSYNTHESE - BIOLOGIE - 2026

De FAD (flavine adenine dinucleotide) is een organisch molecuul, co-enzym in verschillende enzymen van verschillende metabole routes. Net als andere flavine-nucleotideverbindingen fungeert het als een prothetische groep van oxidatie-reductie-enzymen. Deze enzymen staan ​​bekend als flavoproteïnen.

FAD is sterk gebonden aan flavoproteïne, in het enzym succinaat dehydrogenase; het is bijvoorbeeld covalent gebonden aan een histidinerest.

Bron: Edgar181

Flavoproteïnen werken in de citroenzuurcyclus, in de elektronische transportketen en de oxidatieve afbraak van aminozuren en vetzuren, met als functie alkanen te oxideren tot alkenen.

kenmerken

De FAD bestaat uit een heterocyclische ring (isoaloxacine) die hem een ​​gele kleur geeft, gehecht aan een alcohol (ribitol). Deze verbinding kan gedeeltelijk worden gereduceerd waardoor een stabiel radicaal FADH wordt gegenereerd, of volledig worden verminderd door FADH _{2 te} produceren .

Wanneer het covalent aan enzymen is gebonden, wordt het beschouwd als een prothetische groep, dat wil zeggen dat het een niet-aminozuurgedeelte van het eiwit vormt.

Flavoproteïnen in hun geoxideerde vorm vertonen belangrijke absorptiebanden in het zichtbare spectrumgebied, waardoor ze een intense kleur krijgen die varieert van geel tot rood en groen.

Wanneer deze enzymen worden verminderd, verkleuren ze door een verandering in het absorptiespectrum. Dit kenmerk wordt gebruikt om de activiteit van deze enzymen te bestuderen.

Planten en sommige micro-organismen die flavines kunnen synthetiseren, maar bij hogere dieren (zoals de mens) is de synthese van de isoaloxacinering niet mogelijk, dus deze verbindingen worden via de voeding verkregen, zoals vitamine B ₂ .

In FAD kan de gelijktijdige overdracht van twee elektronen, of opeenvolgende overdrachten van elk elektron, worden gegenereerd om de gereduceerde vorm FADH ₂ te produceren .

FAD-biosynthese

Zoals hierboven vermeld, kan de ring waaruit het co-enzym FAD bestaat, niet door dieren worden gesynthetiseerd, zodat voor het verkrijgen van dit co-enzym een ​​precursor nodig is die uit de voeding wordt verkregen, wat in het algemeen een vitamine is. Deze vitamines worden alleen aangemaakt door micro-organismen en planten.

FAD wordt via twee reacties gegenereerd uit vitamine B ₂ (riboflavine). In riboflavine wordt een ribityl-zijketen gefosforyleerd op de -OH-groep van de C5-koolstof door het enzym flavokinase.

In deze stap wordt het flavine-mononucleotide (FMN) gegenereerd dat, ondanks zijn naam, geen echte nucleotide is, aangezien de ribityl-keten geen echte suiker is.

Na de vorming van de FMN en via een pyrofosfaatgroep (PPi), vindt koppeling met een AMP plaats door de werking van het enzym FAD pyrofosforylase, dat uiteindelijk het co-enzym FAD produceert. De enzymen flavokinase en pyrofosforylase komen overvloedig voor in de natuur.

Belang

Hoewel veel enzymen hun katalytische functies zelf kunnen uitvoeren, zijn er enkele die een externe component nodig hebben die hen de chemische functies geeft die ze missen in hun polypeptideketens.

De externe componenten worden cofactoren genoemd, dit kunnen metaalionen en organische verbindingen zijn, in welk geval ze bekend staan ​​als co-enzymen, zoals het geval is bij FAD.

De katalytische plaats van het enzym-co-enzymcomplex wordt een holoenzym genoemd en het enzym staat bekend als een apoenzym wanneer het zijn cofactor mist, een toestand waarin het katalytisch inactief blijft.

De katalytische activiteit van verschillende enzymen (afhankelijk van flavine) moet aan FAD worden gebonden om zijn katalytische activiteit uit te voeren. In hen fungeert FAD als een tussenliggende transporteur van elektronen en waterstofatomen die worden geproduceerd bij de omzetting van substraten in producten.

Er zijn verschillende reacties die afhankelijk zijn van flavines, zoals de oxidatie van koolstofbindingen bij de omzetting van verzadigde naar onverzadigde vetzuren of de oxidatie van succinaat tot fumaraat.

Flavineafhankelijke dehydrogenases en oxidasen

Flavineafhankelijke enzymen bevatten een stevig aangehechte FAD als een prothetische groep. De gebieden van dit co-enzym die betrokken zijn bij de redox van verschillende reacties kunnen omkeerbaar worden verminderd, dat wil zeggen dat het molecuul omkeerbaar kan veranderen in de FAD-, FADH- en FADH _2-toestanden .

De belangrijkste flavoproteïnen zijn dehydrogenasen die zijn gekoppeld aan elektronentransport en ademhaling, en worden aangetroffen in de mitochondria of de membranen ervan.

Sommige van flavine afhankelijke enzymen zijn succinaatdehydrogenase, dat werkt in de citroenzuurcyclus, evenals acyl-CoA-dehydrogenase, dat ingrijpt in de eerste dehydrogeneringsfase bij de oxidatie van vetzuren.

Flavoproteïnen die dehydrogenases zijn, hebben een kleine kans dat verminderde FAD (FADH ₂ ) opnieuw kan worden geoxideerd door moleculaire zuurstof. Aan de andere kant heeft FADH ₂ in flavoproteïne-oxidasen gemakkelijk de neiging om opnieuw te worden geoxideerd, waarbij waterstofperoxide wordt geproduceerd.

In sommige zoogdiercellen is er een flavoproteïne genaamd NADPH-cytochroom P450-reductase, dat zowel FAD als FMN (flavine-mononucleotide) bevat.

Dit flavoproteïne is een membraanenzym ingebed in het buitenmembraan van het endoplasmatisch reticulum. FAD gebonden aan dit enzym is de elektronenacceptor voor NADPH tijdens oxygenatie van het substraat.

FAD in metabole routes

Succinaatdehydrogenase is een membraan-flavoproteïne dat zich in het binnenste mitochondriale membraan van cellen bevindt en dat covalent gebonden FAD bevat. In de citroenzuurcyclus is dit verantwoordelijk voor het oxideren van een verzadigde binding in het midden van het succinaatmolecuul, waardoor de binding wordt omgezet in een dubbele binding om fumaraat te produceren.

Het co-enzym FAD is de receptor van de elektronen die afkomstig zijn van de oxidatie van deze binding, waardoor deze wordt gereduceerd tot de FADH _2- toestand . Deze elektronen worden later overgebracht naar de elektronische transportketen.

Complex II van de elektronentransportketen bevat het flavoproteïnesuccinaatdehydrogenase. De functie van dit complex is om elektronen door te geven van succinaat naar co-enzym Q. FADH ₂ wordt geoxideerd tot FAD, waardoor de elektronen worden overgedragen.

Het flavoproteïne acyl-CoA-dehydrogenase katalyseert de vorming van een trans dubbele binding om trans-enoyl CoA te vormen in de metabole route van vetzuur β-oxidatie. Deze reactie is chemisch dezelfde als die wordt uitgevoerd door succinaat dehydrogenase in de citroenzuurcyclus, waarbij het co-enzym FAD de receptor is voor het H-product van dehydrogenering.

Referenties

1. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations. John Wiley & Sons, Inc.
2. Garrett, RH en Grisham, CM (2008). Biochemie. Ed. Thomson Brooks / Cole.
3. Nelson, DL en Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4e editie. Ed Omega. Barcelona.
4. Rawn, JD (1989). Biochemistry (nr. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
5. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.