- caratteristiche
- Biosintesi FAD
- Importanza
- Deidrogenasi flavina-dipendenti e ossidasi
- FAD nelle vie metaboliche
- Riferimenti
Il FAD (flavin adenine dinucleotide) è una molecola organica, coenzima in diversi enzimi di varie vie metaboliche. Come altri composti flavina-nucleotidici, agisce come un gruppo protesico di enzimi di riduzione dell'ossidazione. Questi enzimi sono noti come flavoproteine.
La FAD è fortemente legata alla flavoproteina, nell'enzima succinato deidrogenasi; per esempio, è legato in modo covalente a un residuo di istidina.
Fonte: Edgar181
Le flavoproteine agiscono nel ciclo dell'acido citrico, nella catena di trasporto elettronico e nella degradazione ossidativa degli amminoacidi e degli acidi grassi, la loro funzione è quella di ossidare gli alcani in alcheni.
caratteristiche
Il FAD è costituito da un anello eterociclico (isoaloxacina) che gli conferisce un colore giallo, attaccato ad un alcol (ribitolo). Questo composto può essere parzialmente ridotto generando un FADH radicale stabile o totalmente ridotto producendo FADH 2 .
Quando è legato covalentemente agli enzimi è considerato un gruppo protesico, cioè forma una parte non amminoacidica della proteina.
Le flavoproteine nella loro forma ossidata presentano importanti bande di assorbimento nell'area dello spettro visibile, conferendo loro una colorazione intensa che va dal giallo al rosso e al verde.
Quando questi enzimi si riducono, subiscono uno scolorimento, dovuto ad una variazione dello spettro di assorbimento. Questa caratteristica viene utilizzata per studiare l'attività di questi enzimi.
Piante e alcuni microrganismi in grado di sintetizzare flavine, ma negli animali superiori (come l'uomo), la sintesi dell'anello isoaloxacina non è possibile, quindi questi composti vengono acquisiti attraverso la dieta, come la vitamina B 2 .
In FAD, il trasferimento simultaneo di due elettroni, o trasferimenti sequenziali di ciascun elettrone, può essere generato per produrre la forma ridotta FADH 2 .
Biosintesi FAD
Come accennato in precedenza, l'anello che compone il coenzima FAD non può essere sintetizzato dagli animali, quindi per ottenere detto coenzima è necessario un precursore ottenuto dalla dieta, che generalmente è una vitamina. Queste vitamine sono sintetizzate solo da microrganismi e piante.
La FAD è generata dalla vitamina B 2 (riboflavina) attraverso due reazioni. Nella riboflavina, una catena laterale ribitile è fosforilata nel gruppo -OH del carbonio C5 dall'enzima flavochinasi.
In questa fase viene generata la flavina mononucleotide (FMN) che, a dispetto del nome, non è un vero nucleotide, poiché la catena ribitile non è un vero zucchero.
Dopo la formazione della FMN e attraverso un gruppo pirofosfato (PPi), l'accoppiamento con un AMP avviene per azione dell'enzima FAD pirofosforilasi, producendo infine il coenzima FAD. Gli enzimi flavochinase e pirofosforilasi si trovano in abbondanza in natura.
Importanza
Sebbene molti enzimi possano svolgere le loro funzioni catalitiche da soli, ce ne sono alcuni che richiedono un componente esterno per fornire loro le funzioni chimiche che mancano nelle loro catene polipeptidiche.
I componenti esterni sono i cosiddetti cofattori, che possono essere ioni metallici e composti organici, nel qual caso sono noti come coenzimi, come nel caso dei FAD.
Il sito catalitico del complesso enzima-coenzima è chiamato oloenzima e l'enzima è noto come apoenzima quando manca del suo cofattore, uno stato in cui rimane cataliticamente inattivo.
L'attività catalitica di vari enzimi (flavina-dipendenti) deve essere legata al FAD per svolgere la sua attività catalitica. In essi, FAD funge da trasportatore intermedio di elettroni e atomi di idrogeno prodotti nella conversione di substrati in prodotti.
Esistono varie reazioni che dipendono dalle flavine, come l'ossidazione dei legami di carbonio nel caso della trasformazione degli acidi grassi saturi in insaturi, o l'ossidazione del succinato in fumarato.
Deidrogenasi flavina-dipendenti e ossidasi
Gli enzimi dipendenti dalla flavina contengono un FAD saldamente attaccato come gruppo protesico. Le aree di questo coenzima che sono coinvolte nel redox di varie reazioni possono essere ridotte in modo reversibile, cioè la molecola può cambiare reversibilmente negli stati FAD, FADH e FADH 2 .
Le flavoproteine più importanti sono le deidrogenasi legate al trasporto e alla respirazione degli elettroni, e si trovano nei mitocondri o nelle sue membrane.
Alcuni enzimi flavinodipendenti sono la succinato deidrogenasi, che agisce nel ciclo dell'acido citrico, così come l'acil-CoA-deidrogenasi, che interviene nella prima fase di deidrogenazione nell'ossidazione degli acidi grassi.
Le flavoproteine deidrogenasi hanno una bassa probabilità che il FAD ridotto (FADH 2 ) possa essere riossidato dall'ossigeno molecolare. D'altra parte, nelle flavoproteine ossidasi, FADH 2 tende facilmente a essere riossidato, producendo perossido di idrogeno.
In alcune cellule di mammifero è presente una flavoproteina chiamata NADPH-citocromo P450 reduttasi, che contiene sia FAD che FMN (flavina mononucleotide).
Questa flavoproteina è un enzima di membrana incorporato nella membrana esterna del reticolo endoplasmatico. Il FAD legato a questo enzima è l'accettore di elettroni per NADPH durante l'ossigenazione del substrato.
FAD nelle vie metaboliche
La succinato deidrogenasi è una flavoproteina di membrana situata nella membrana mitocondriale interna delle cellule, contenente FAD legato in modo covalente. Nel ciclo dell'acido citrico, questo è responsabile dell'ossidazione di un legame saturo al centro della molecola del succinato, trasformando detto legame in un doppio, per produrre fumarato.
Il coenzima FAD è il recettore degli elettroni provenienti dall'ossidazione di questo legame, riducendolo al suo stato FADH 2 . Questi elettroni vengono successivamente trasferiti alla catena di trasporto elettronica.
Il complesso II della catena di trasporto degli elettroni contiene la flavoproteina succinato deidrogenasi. La funzione di questo complesso è quella di passare elettroni dal succinato al coenzima Q. FADH 2 viene ossidato a FAD, trasferendo così gli elettroni.
La flavoproteina acil-CoA-deidrogenasi catalizza la formazione di un doppio legame trans per formare trans-enoil CoA nella via metabolica della β-ossidazione degli acidi grassi. Questa reazione è chimicamente la stessa di quella condotta dalla succinato deidrogenasi nel ciclo dell'acido citrico, con il coenzima FAD che è il recettore per il prodotto H della deidrogenazione.
Riferimenti
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- Voet, D. e Voet, JG (2006). Biochimica. Ed. Medica panamericana