DINUKLEOTYD FLAWINOWO-ADENINOWY (MODA): CHARAKTERYSTYKA, BIOSYNTEZA - BIOLOGIA - 2025

FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) stanowi cząsteczka organiczna, koenzym w kilku różnych enzymów szlaków metabolicznych. Podobnie jak inne związki flawinowo-nukleotydowe, działa jako grupa protetyczna enzymów oksydacyjno-redukcyjnych. Te enzymy są znane jako flawoproteiny.

FAD jest silnie związany z flawoproteiną w enzymie dehydrogenazy bursztynianowej; na przykład jest kowalencyjnie przyłączony do reszty histydynowej.

Źródło: Edgar181

Flawoproteiny działają w cyklu kwasu cytrynowego, w elektronicznym łańcuchu transportowym oraz w procesie degradacji oksydacyjnej aminokwasów i kwasów tłuszczowych, a ich funkcją jest utlenianie alkanów do alkenów.

cechy

FAD składa się z pierścienia heterocyklicznego (izoaloksacyny), który nadaje mu żółty kolor, połączonego z alkoholem (rybitol). Ten związek można częściowo zredukować tworząc stabilny rodnik FADH lub całkowicie zredukować wytwarzając FADH ₂ .

Kiedy jest kowalencyjnie związany z enzymami, jest uważany za grupę prostetyczną, to znaczy tworzy nieaminokwasową część białka.

Flawoproteiny w swojej utlenionej formie prezentują ważne pasma absorpcji w obszarze widma widzialnego, nadając im intensywne zabarwienie w zakresie od żółtego do czerwonego i zielonego.

Kiedy te enzymy są zredukowane, pojawiają się przebarwienia spowodowane zmianą widma absorpcji. Ta cecha służy do badania aktywności tych enzymów.

Rośliny i niektóre mikroorganizmy zdolne do syntezy flawin, ale u zwierząt wyższych (np. Człowieka) synteza pierścienia izoaloksacyny nie jest możliwa, więc związki te są pozyskiwane z pożywieniem, np. Witamina B ₂ .

W FAD można wygenerować jednoczesny transfer dwóch elektronów lub sekwencyjne transfery każdego elektronu w celu wytworzenia zredukowanej formy FADH ₂ .

Biosynteza FAD

Jak wspomniano powyżej, pierścień, który tworzy koenzym FAD nie może być syntetyzowany przez zwierzęta, tak więc do uzyskania tego koenzymu potrzebny jest prekursor otrzymywany z pożywienia, którym jest na ogół witamina. Te witaminy są syntetyzowane tylko przez mikroorganizmy i rośliny.

FAD jest generowany z witaminy B ₂ (ryboflawiny) w wyniku dwóch reakcji. W ryboflawinie boczny łańcuch rybitylowy jest fosforylowany w grupie -OH węgla C5 przez enzym flawokinazę.

Na tym etapie generowany jest mononukleotyd flawiny (FMN), który pomimo swojej nazwy nie jest prawdziwym nukleotydem, ponieważ łańcuch rybitylowy nie jest prawdziwym cukrem.

Po utworzeniu FMN i poprzez grupę pirofosforanową (PPi), sprzęganie z AMP zachodzi poprzez działanie enzymu pirofosforylazy FAD, ostatecznie wytwarzając koenzym FAD. Enzymy flawokinaza i pirofosforylaza występują w przyrodzie w dużych ilościach.

Znaczenie

Chociaż wiele enzymów może samodzielnie pełnić swoje funkcje katalityczne, niektóre wymagają zewnętrznego składnika, który zapewnia im funkcje chemiczne, których brakuje w łańcuchach polipeptydowych.

Składnikami zewnętrznymi są tak zwane kofaktory, którymi mogą być jony metali i związki organiczne, w którym to przypadku są one znane jako koenzymy, tak jak w przypadku FAD.

Miejsce katalityczne kompleksu enzym-koenzym nazywane jest holoenzymem, a enzym nazywany jest apoenzymem, gdy brakuje mu kofaktora, czyli stanu, w którym pozostaje katalitycznie nieaktywny.

Aktywność katalityczna różnych enzymów (zależnych od flawiny) musi być związana z FAD, aby mogła wykonywać swoją aktywność katalityczną. W nich FAD działa jako pośredni transporter elektronów i atomów wodoru powstających podczas konwersji substratów do produktów.

Istnieją różne reakcje zależne od flawin, takie jak utlenianie wiązań węglowych w przypadku przemiany nasyconych do nienasyconych kwasów tłuszczowych lub utlenianie bursztynianu do fumaranu.

Dehydrogenazy i oksydazy zależne od flawin

Enzymy zależne od flawiny zawierają silnie przyłączoną FAD jako grupę prostetyczną. Obszary tego koenzymu, które są zaangażowane w redoks różnych reakcji, można odwracalnie zmniejszyć, to znaczy, że cząsteczka może odwracalnie zmienić _stany FAD, FADH i FADH ₂ .

Najważniejszymi flawoproteinami są dehydrogenazy związane z transportem elektronów i oddychaniem, które znajdują się w mitochondriach lub ich błonach.

Niektóre enzymy flawinozależne to dehydrogenaza bursztynianowa, która działa w cyklu kwasu cytrynowego, a także dehydrogenaza acylo-CoA, która uczestniczy w pierwszym etapie odwodornienia w utlenianiu kwasów tłuszczowych.

Flawoproteiny, które są dehydrogenazami, mają małe prawdopodobieństwo, że zredukowany FAD (FADH ₂ ) może zostać ponownie utleniony przez tlen cząsteczkowy. Z drugiej strony, w oksydazach flawoproteinowych FADH ₂ łatwo ulega powtórnemu utlenianiu, wytwarzając nadtlenek wodoru.

W niektórych komórkach ssaków występuje flawoproteina zwana reduktazą NADPH-cytochromu P450, która zawiera zarówno FAD, jak i FMN (mononukleotyd flawinowy).

Ta flawoproteina jest enzymem błonowym osadzonym w zewnętrznej błonie retikulum endoplazmatycznego. FAD związany z tym enzymem jest akceptorem elektronów dla NADPH podczas utleniania substratu.

FAD w szlakach metabolicznych

Dehydrogenaza bursztynianowa jest flawoproteiną błonową znajdującą się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej komórek, zawierającą kowalencyjnie związany FAD. W cyklu kwasu cytrynowego jest on odpowiedzialny za utlenianie nasyconego wiązania w środku cząsteczki bursztynianu, przekształcając to wiązanie w podwójne, z wytworzeniem fumaranu.

Koenzym FAD jest receptorem elektronów pochodzących z utleniania tego wiązania, redukując je do stanu FADH ₂ . Te elektrony są później przenoszone do elektronicznego łańcucha transportowego.

Kompleks II łańcucha transportu elektronów zawiera dehydrogenazę bursztynianu flawoproteiny. Zadaniem tego kompleksu jest przekazywanie elektronów z bursztynianu do koenzymu Q. FADH ₂ jest utleniany do FAD, przenosząc w ten sposób elektrony.

Dehydrogenaza acylo-CoA flawoproteiny katalizuje tworzenie podwójnego wiązania trans, tworząc trans-enoilo-CoA w szlaku metabolicznym β-oksydacji kwasów tłuszczowych. Ta reakcja jest pod względem chemicznym taka sama, jak ta przeprowadzana przez dehydrogenazę bursztynianową w cyklu kwasu cytrynowego, przy czym koenzym FAD jest receptorem dla produktu H odwodornienia.

Bibliografia

1. Devlin, TM (1992). Podręcznik biochemii: z korelacjami klinicznymi. John Wiley & Sons, Inc.
2. Garrett, RH i Grisham, CM (2008). Biochemia. Ed. Thomson Brooks / Cole.
3. Nelson, DL i Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry, wydanie 4. Ed Omega. Barcelona.
4. Rawn, JD (1989). Biochemistry (nr 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
5. Voet, D. i Voet, JG (2006). Biochemia. Panamerican Medical Ed.