ФЛАВИНАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД (ФАД): ХАРАКТЕРИСТИКА, БИОСИНТЕЗ - БИОЛОГИЯ - 2025

ФАД (флавинадениндинуклеотид) представляет собой органическую молекулу, коэнзим в нескольких ферментов различных метаболических путей. Как и другие флавиннуклеотидные соединения, он действует как простетическая группа окислительно-восстановительных ферментов. Эти ферменты известны как флавопротеины.

FAD прочно связан с флавопротеином в составе фермента сукцинатдегидрогеназы; например, он ковалентно присоединен к остатку гистидина.

Источник: Edgar181

Флавопротеины участвуют в цикле лимонной кислоты, в электронной транспортной цепи и в окислительной деградации аминокислот и жирных кислот, их функция заключается в окислении алканов до алкенов.

характеристики

FAD состоит из гетероциклического кольца (изоалоксацин), которое придает ему желтый цвет, присоединенного к спирту (рибитол). Это соединение можно частично восстановить с образованием стабильного радикала FADH или полностью восстановить с образованием FADH ₂ .

Когда он ковалентно связан с ферментами, он считается простетической группой, то есть образует неаминокислотную часть белка.

Флавопротеины в окисленной форме представляют собой важные полосы поглощения в видимой области спектра, что придает им интенсивную окраску от желтого до красного и зеленого.

Когда эти ферменты восстанавливаются, они обесцвечиваются из-за изменения спектра поглощения. Эта характеристика используется для изучения активности этих ферментов.

Растения и некоторые микроорганизмы способны синтезировать флавины, но у высших животных (таких как человек) синтез изоалоксацинового кольца невозможен, поэтому эти соединения усваиваются с пищей, например витамин B _2. ,

В FAD одновременный перенос двух электронов или последовательный перенос каждого электрона может быть произведен для получения восстановленной формы FADH ₂ .

Биосинтез ФАД

Как упоминалось выше, кольцо, составляющее кофермент FAD, не может быть синтезировано животными, поэтому для получения указанного кофермента требуется предшественник, полученный с пищей, который обычно является витамином. Эти витамины синтезируются только микроорганизмами и растениями.

FAD образуется из витамина B ₂ (рибофлавина) в результате двух реакций. В рибофлавине боковая цепь рибитила фосфорилируется по группе -ОН атома углерода C5 ферментом флавокиназой.

На этом этапе генерируется флавинмононуклеотид (FMN), который, несмотря на свое название, не является настоящим нуклеотидом, поскольку рибитильная цепь не является настоящим сахаром.

После образования FMN через пирофосфатную группу (PPi) связывание с AMP происходит за счет действия фермента FAD пирофосфорилазы, в конечном итоге продуцируя кофермент FAD. Ферменты флавокиназа и пирофосфорилаза широко распространены в природе.

значение

Хотя многие ферменты могут выполнять свои каталитические функции сами по себе, некоторым из них требуется внешний компонент, который дает им химические функции, отсутствующие в их полипептидных цепях.

Внешние компоненты - это так называемые кофакторы, которыми могут быть ионы металлов и органические соединения, в этом случае они известны как коферменты, как в случае с FAD.

Каталитический сайт комплекса фермент-кофермент называется холоферментом, а фермент известен как апофермент, когда ему не хватает кофактора, то есть в состоянии, в котором он остается каталитически неактивным.

Каталитическая активность различных ферментов (флавин-зависимых) должна быть связана с FAD, чтобы выполнять свою каталитическую активность. В них FAD действует как промежуточный переносчик электронов и атомов водорода, образующихся при превращении субстратов в продукты.

Существуют различные реакции, которые зависят от флавинов, такие как окисление углеродных связей в случае преобразования насыщенных жирных кислот в ненасыщенные или окисление сукцината до фумарата.

Флавин-зависимые дегидрогеназы и оксидазы

Флавин-зависимые ферменты содержат прочно прикрепленный FAD в качестве простетической группы. Участки этого кофермента, которые участвуют в окислительно-восстановительных процессах различных реакций, могут быть обратимо уменьшены, то есть молекула может обратимо переходить в состояния FAD, FADH и FADH ₂ .

Наиболее важными флавопротеинами являются дегидрогеназы, связанные с переносом электронов и дыханием, и они находятся в митохондриях или их мембранах.

Некоторые флавин-зависимые ферменты - это сукцинатдегидрогеназа, которая участвует в цикле лимонной кислоты, а также ацил-КоА-дегидрогеназа, которая участвует на первой стадии дегидрирования в окислении жирных кислот.

Флавопротеины, которые являются дегидрогеназами, имеют низкую вероятность того, что восстановленный FAD (FADH ₂ ) может быть повторно окислен молекулярным кислородом. С другой стороны, во флавопротеиноксидазах FADH ₂ легко подвергается повторному окислению с образованием перекиси водорода.

В некоторых клетках млекопитающих есть флавопротеин, называемый НАДФН-цитохром Р450 редуктаза, который содержит как FAD, так и FMN (флавинмононуклеотид).

Этот флавопротеин представляет собой мембранный фермент, встроенный во внешнюю мембрану эндоплазматического ретикулума. ФАД, связанный с этим ферментом, является акцептором электронов НАДФН во время оксигенации субстрата.

ФАД в метаболических путях

Сукцинатдегидрогеназа - это мембранный флавопротеин, расположенный во внутренней митохондриальной мембране клеток, содержащий ковалентно связанный FAD. В цикле лимонной кислоты он отвечает за окисление насыщенной связи в центре молекулы сукцината, превращая указанную связь в двойную с образованием фумарата.

Коэнзим FAD является рецептором электронов, возникающих в результате окисления этой связи, восстанавливая ее до состояния FADH ₂ . Эти электроны позже передаются в электронную транспортную цепь.

Комплекс II электронной транспортной цепи содержит флавопротеинсукцинатдегидрогеназу. Функция этого комплекса заключается в передаче электронов от сукцината коферменту Q. FADH ₂ окисляется до FAD, таким образом перенося электроны.

Флавопротеин-ацил-КоА-дегидрогеназа катализирует образование транс-двойной связи с образованием транс-еноил-КоА в метаболическом пути β-окисления жирных кислот. Эта реакция химически аналогична реакции, проводимой сукцинатдегидрогеназой в цикле лимонной кислоты, при этом кофермент FAD является рецептором для продукта H дегидрирования.

Ссылки

1. Девлин, TM (1992). Учебник биохимии: с клиническими соотношениями. John Wiley & Sons, Inc.
2. Гаррет, Р. Х. и Гришем, К. М. (2008). Биохимия. Под ред. Томсона Брукса / Коул.
3. Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2006). Принципы биохимии Ленингера, 4-е издание. Эд Омега. Барселона.
4. Rawn, JD (1989). Биохимия (№ 577.1 RAW). Эд. Interamericana-McGraw-Hill
5. Воет, Д. и Воет, Дж. Г. (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.