- Eigenschaften
- FAD-Biosynthese
- Bedeutung
- Flavinabhängige Dehydrogenasen und Oxidasen
- FAD in Stoffwechselwegen
- Verweise
Das FAD (Flavinadenindinukleotid) ist ein organisches Molekül, Coenzym in mehreren Enzymen verschiedener Stoffwechselwege. Wie andere Flavin-Nucleotid-Verbindungen wirkt es als prothetische Gruppe von Oxidations-Reduktions-Enzymen. Diese Enzyme sind als Flavoproteine bekannt.
FAD ist im Enzym Succinatdehydrogenase stark an Flavoprotein gebunden; Beispielsweise ist es kovalent an einen Histidinrest gebunden.
Quelle: Edgar181
Flavoproteine wirken im Zitronensäurezyklus, in der elektronischen Transportkette und beim oxidativen Abbau von Aminosäuren und Fettsäuren, wobei ihre Funktion darin besteht, Alkane zu Alkenen zu oxidieren.
Eigenschaften
Das FAD besteht aus einem heterocyclischen Ring (Isoaloxacin), der ihm eine gelbe Farbe verleiht und an einen Alkohol (Ribitol) gebunden ist. Diese Verbindung kann teilweise reduziert werden, wodurch ein stabiles radikalisches FADH erzeugt wird, oder vollständig reduziert, wodurch FADH 2 erzeugt wird .
Wenn es kovalent an Enzyme gebunden ist, wird es als prothetische Gruppe angesehen, dh es bildet einen Nicht-Aminosäure-Teil des Proteins.
Flavoproteine in ihrer oxidierten Form weisen im sichtbaren Spektrum wichtige Absorptionsbanden auf und verleihen ihnen eine intensive Färbung, die von gelb über rot bis grün reicht.
Wenn diese Enzyme reduziert werden, verfärben sie sich aufgrund einer Änderung des Absorptionsspektrums. Diese Eigenschaft wird verwendet, um die Aktivität dieser Enzyme zu untersuchen.
Pflanzen und einige Mikroorganismen, die Flavine synthetisieren können, aber bei höheren Tieren (wie dem Menschen) ist die Synthese des Isoaloxacinrings nicht möglich, so dass diese Verbindungen über die Nahrung wie Vitamin B 2 erworben werden .
In FAD kann die gleichzeitige Übertragung von zwei Elektronen oder die sequentielle Übertragung jedes Elektrons erzeugt werden, um die reduzierte Form FADH 2 zu erzeugen .
FAD-Biosynthese
Wie oben erwähnt, kann der Ring, aus dem das Coenzym FAD besteht, von Tieren nicht synthetisiert werden, so dass zur Gewinnung des Coenzyms ein aus der Nahrung erhaltener Vorläufer erforderlich ist, der im Allgemeinen ein Vitamin ist. Diese Vitamine werden nur von Mikroorganismen und Pflanzen synthetisiert.
FAD wird durch zwei Reaktionen aus Vitamin B 2 (Riboflavin) erzeugt. In Riboflavin wird eine Ribityl-Seitenkette an der -OH-Gruppe des C5-Kohlenstoffs durch das Enzym Flavokinase phosphoryliert.
In diesem Schritt wird das Flavinmononukleotid (FMN) erzeugt, das trotz seines Namens kein echtes Nukleotid ist, da die Ribitylkette kein echter Zucker ist.
Nach der Bildung des FMN und durch eine Pyrophosphatgruppe (PPi) erfolgt die Kopplung mit einem AMP durch die Wirkung des Enzyms FAD-Pyrophosphorylase, wodurch schließlich das Coenzym FAD entsteht. Die Enzyme Flavokinase und Pyrophosphorylase kommen in der Natur reichlich vor.
Bedeutung
Obwohl viele Enzyme ihre katalytischen Funktionen selbst ausführen können, benötigen einige eine externe Komponente, die ihnen die chemischen Funktionen verleiht, die ihnen in ihren Polypeptidketten fehlen.
Die äußeren Komponenten sind die sogenannten Cofaktoren, bei denen es sich um Metallionen und organische Verbindungen handeln kann. In diesem Fall werden sie wie bei FAD als Coenzyme bezeichnet.
Die katalytische Stelle des Enzym-Coenzym-Komplexes wird als Holoenzym bezeichnet, und das Enzym wird als Apoenzym bezeichnet, wenn ihm sein Cofaktor fehlt, ein Zustand, in dem es katalytisch inaktiv bleibt.
Die katalytische Aktivität verschiedener Enzyme (Flavin-abhängig) muss an FAD gebunden werden, um seine katalytische Aktivität auszuführen. In ihnen wirkt FAD als Zwischentransporter von Elektronen und Wasserstoffatomen, die bei der Umwandlung von Substraten in Produkte entstehen.
Es gibt verschiedene Reaktionen, die von Flavinen abhängen, wie die Oxidation von Kohlenstoffbindungen bei der Umwandlung von gesättigten zu ungesättigten Fettsäuren oder die Oxidation von Succinat zu Fumarat.
Flavinabhängige Dehydrogenasen und Oxidasen
Flavin-abhängige Enzyme enthalten ein fest gebundenes FAD als prothetische Gruppe. Die Bereiche dieses Coenzyms, die am Redox verschiedener Reaktionen beteiligt sind, können reversibel reduziert werden, dh das Molekül kann reversibel in die Zustände FAD, FADH und FADH 2 wechseln .
Die wichtigsten Flavoproteine sind Dehydrogenasen, die mit dem Elektronentransport und der Atmung verbunden sind und in den Mitochondrien oder ihren Membranen vorkommen.
Einige Flavin-abhängige Enzyme sind Succinatdehydrogenase, die im Zitronensäurezyklus wirkt, sowie Acyl-CoA-Dehydrogenase, die in der ersten Dehydrierungsstufe in die Oxidation von Fettsäuren eingreift.
Flavoproteine, die Dehydrogenasen sind, haben eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass reduziertes FAD (FADH 2 ) durch molekularen Sauerstoff reoxidiert werden kann. Andererseits neigt FADH 2 in Flavoproteinoxidasen leicht dazu, reoxidiert zu werden, wodurch Wasserstoffperoxid erzeugt wird.
In einigen Säugetierzellen gibt es ein Flavoprotein namens NADPH-Cytochrom P450-Reduktase, das sowohl FAD als auch FMN (Flavinmononukleotid) enthält.
Dieses Flavoprotein ist ein Membranenzym, das in die äußere Membran des endoplasmatischen Retikulums eingebettet ist. An dieses Enzym gebundenes FAD ist der Elektronenakzeptor für NADPH während der Oxygenierung des Substrats.
FAD in Stoffwechselwegen
Succinatdehydrogenase ist ein Membranflavoprotein, das sich in der inneren Mitochondrienmembran von Zellen befindet und kovalent gebundenes FAD enthält. Im Zitronensäurezyklus ist dies dafür verantwortlich, eine gesättigte Bindung im Zentrum des Succinatmoleküls zu oxidieren und diese Bindung in eine doppelte umzuwandeln, um Fumarat zu erzeugen.
Das Coenzym FAD ist der Rezeptor der Elektronen, die bei der Oxidation dieser Bindung entstehen, und reduziert sie auf ihren FADH 2 -Zustand . Diese Elektronen werden später auf die elektronische Transportkette übertragen.
Der Komplex II der Elektronentransportkette enthält die Flavoproteinsuccinat-Dehydrogenase. Die Funktion dieses Komplexes besteht darin, Elektronen von Succinat zu Coenzym Q zu leiten. FADH 2 wird zu FAD oxidiert, wodurch die Elektronen übertragen werden.
Die Flavoprotein-Acyl-CoA-Dehydrogenase katalysiert die Bildung einer trans-Doppelbindung unter Bildung von trans-Enoyl-CoA im Stoffwechselweg der β-Oxidation von Fettsäuren. Diese Reaktion ist chemisch dieselbe wie die, die von Succinatdehydrogenase im Zitronensäurezyklus durchgeführt wird, wobei das Coenzym FAD der Rezeptor für das H-Produkt der Dehydrierung ist.
Verweise
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