Flavin adenin dinucleótido (FAD): características, biosíntesis
El FAD (flavin adenin dinucleotido) es una molécula orgánica, coenzima en algunas enzimas de diversas rutas metabólicas. Al igual que otros compuestos flavin-nucleótidos, actúa como un grupo prostético de enzimas de óxido-reducción. Dichas enzimas son conocidas como flavoproteínas.
El FAD se encuentra unido fuertemente a la flavoproteína, en la enzima succinato deshidrogenasa; por ejemplo, se encuentra unida covalentemente a un resto histidina.
Las flavoproteínas actúan en el ciclo del ácido cítrico, en la cadena de transporte electrónico y la degradación oxidativa de aminoácidos y ácidos grasos, siendo su función oxidar alcanos hasta alquenos.
Índice del artículo
- 1 Características
- 2 Biosíntesis de FAD
- 3 Importancia
- 4 Deshidrogenasas y oxidasas flavin-dependientes
- 5 FAD en las rutas metabólicas
- 6 Referencias
El FAD consiste en un anillo heterocíclico (isoaloxacina) que le confiere un color amarillo, unido a un alcohol (ribitol). Este compuesto puede ser parcialmente reducido generando un radical estable FADH, o totalmente reducido produciendo FADH2.
Cuando está unido de forma covalente a las enzimas se considera como grupo prostético, es decir, que conforma una parte no aminoacídica de la proteína.
Las flavoproteínas en su forma oxidada presentan importantes bandas de absorción en la zona del espectro visible, confiriéndoles una intensa coloración que va desde amarillo hasta rojo y verde.
Al ser reducidas dichas enzimas, sufren una decoloración, por un cambio en el espectro de absorción. Esta característica es aprovechada para el estudio de la actividad de dichas enzimas.
Las plantas y algunos microorganismos capaces de sintetizar flavinas, pero en los animales superiores (como el hombre), no es posible la síntesis del anillo isoaloxacina, por lo que estos compuestos se adquieren a través de la dieta, como por ejemplo la vitamina B2.
En el FAD se puede generar la transferencia simultánea de dos electrones, o transferencias secuenciales de cada electrón para producir la forma reducida FADH2.
Como se mencionó anteriormente, el anillo que conforma a la coenzima FAD no puede ser sintetizado por los animales, de modo que para obtener dicha coenzima se requiere de un precursor obtenido a partir de la dieta, que por lo general es una vitamina. Estas vitaminas solo son sintetizadas por microorganismos y plantas.
La FAD es generada a partir de la vitamina B2 (riboflavina) a través de dos reacciones. En la riboflavina, una cadena lateral de ribitil es fosforilada en el grupo –OH del carbono C5 por acción de la enzima flavoquinasa.
En este paso se genera la flavina mononucleótido (FMN) que, a pesar de su nombre, no se trata de un verdadero nucleótido, pues la cadena de ribitil no es un azúcar real.
Luego de formarse la FMN y a través de un grupo pirofosfato (PPi) ocurre el acoplamiento con un AMP por acción de la enzima FAD pirofosforilasa, produciéndose finalmente la coenzima FAD. Las enzimas flavoquinasa y pirofosforilasa se encuentran de forma abundante en la naturaleza.
Aunque muchas enzimas pueden llevar a cabo sus funciones catalíticas por sí mismas, existen algunas que requieren un componente externo que le confiera las funciones químicas de las cuales carecen en sus cadenas polipeptídicas.
Los componentes externos son los llamados cofactores, que pueden ser iones de metales y compuestos orgánicos, en cuyo caso se conocen como coenzimas, como es el caso del FAD.
El lugar catalítico del complejo enzima-coenzima es llamado holoenzima, y la enzima es conocida como apoenzima cuando carece de su cofactor, estado en el que permanece catalíticamente inactiva.
La actividad catalítica de diversas enzimas (flavin-dependientes) necesitan estar unidas al FAD para realizar su actividad catalítica. En ellas el FAD actúa como un intermediario transportador de electrones y átomos de hidrógeno producidos en la conversión de los sustratos a productos.
Existen diversas reacciones que dependen de flavinas, como la oxidación de enlaces de carbono en el caso de la transformación de ácidos grasos saturados a insaturados, o la oxidación del succinato hasta fumarato.
Las enzimas flavin-dependientes contienen un FAD como grupo prostético firmemente unido. Las zonas de esta coenzima que se involucran en la oxidorreducción de diversas reacciones puede ser reversiblemente reducido, es decir, que la molécula puede pasar de forma reversible a los estados FAD, FADH y FADH2.
Las flavoproteínas más importantes son deshidrogenasas ligadas al transporte electrónico y la respiración, y se encuentran en la mitocondria o sus membranas.
Algunas enzimas flavin-dependientes son la succinato deshidrogenasa que actúa en el ciclo del ácido cítrico, así como la acil-CoA-deshidrogenasa, que interviene en la primera etapa de deshidrogenación en la oxidación de los ácidos grasos.
Las flavoproteínas que son deshidrogenasas tienen bajas probabilidades de que el FAD reducido (FADH2) pueda ser reoxidado por el oxígeno molecular. Por otro lado, en las flavoproteínas oxidasas el FADH2 tiende fácilmente a ser reoxidado, produciendo peróxido de hidrógeno.
En algunas células de mamíferos existe una flavoproteína llamada NADPH-citocromo P450 reductasa, que contiene tanto FAD como FMN (flavin mononucleótido).
Esta flavoproteína es una enzima de membrana embebida en la membrana externa del retículo endoplasmático. El FAD unido a esta enzima es el aceptor de electrones del NADPH durante la oxigenación del sustrato.
La succinato deshidrogenasa es una flavoproteína de membrana ubicada en la membrana interna mitocondrial de las células, que contiene FAD unido de forma covalente. Esta se encarga en el ciclo del ácido cítrico, de oxidar un enlace saturado del centro de la molécula de succinato, transformando dicho enlace en uno doble, para producir fumarato.
La coenzima FAD es la receptora de los electrones provenientes de la oxidación de este enlace, reduciéndose a su estado de FADH2. Estos electrones son posteriormente transferidos a la cadena de transporte electrónico.
El complejo II de la cadena transportadora de electrones contiene a la flavoproteína succinato deshidrogenasa. La función de este complejo es pasar electrones desde el succinato hasta la coenzima Q. El FADH2 es oxidado hasta FAD, transfiriendo así los electrones.
La flavoproteína acil-CoA-deshidrogenasa cataliza la formación de un doble enlace trans para formar trans-enoil CoA en la ruta metabólica de la β-oxidación de ácidos grasos. Esta reacción es químicamente igual a la realizada por la succinato deshidrogenasa en el ciclo del ácido cítrico, siendo la coenzima FAD la receptora de los H producto de la deshidrogenación.
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