Flavina adenina dinucleotide (FAD): struttura, respirazione cellulare
Il flavina adenina dinucleotide è un cofattore redox di diverse reazioni importanti nel metabolismo. Questo cofattore esiste in due diversi stati di ossidazione, con FAD e FADH2 che sono rispettivamente le forme ossidate e ridotte. Può quindi partecipare a un’ampia gamma di reazioni di ossidoriduzione, nonché a reazioni mediate da liasi e transferasi.
Il flavina adenina dinucleotide è una delle molecole coinvolte nella catena di trasferimento degli elettroni negli organismi viventi. Il flavina adenina dinucleotide è un prodotto naturale trovato nel batterio Gram-positivo Bacillus subtilis, nel fungo Eremothecium ashbyi e in altri organismi associato ai mitocondri e al percorso della fosforilazione ossidativa.
Diversi processi cellulari dipendono dal FAD come metabolismo, bioenergetica, ripiegamento proteico, produzione di specie reattive dell’ossigeno, nonché difesa contro lo stress ossidativo e differenziazione cellulare
Struttura del flavina adenina dinucleotide
Ha formula C27H33N9O15P2 e fa parte quale gruppo prostetico delle flavoproteine
Il flavina adenina dinucleotide è formato da una frazione riboflavina (vitamina B2), accoppiata a un gruppo fosfato di una molecola di ADP.
È costituita da due porzioni: l’adenina nucleotide e la flavina mononucleotide collegate tra loro attraverso i loro gruppi fosfato ed è presente in ciascuna subunità della glucosio ossidasi (GOx) e che agisce come trasportatore redox nella catalisi. Pertanto, il FAD appartiene a un gruppo di flavine, che si riferiscono a composti organici formati dall’eterociclo triciclico isoallossazina.
Durante l’ossidazione del glucosio, il FAD agisce come accettore di elettroni e ciò comporta il trasferimento di protoni ed elettroni dal substrato alla frazione flavinica.
Funzioni
Il FAD è un portatore di elettroni e si riduce durante le fasi cataboliche di molecole organiche come carboidrati e lipidi. Quindi questi coenzimi ridotti possono donare questi elettroni a qualche altra reazione biochimica normalmente coinvolta in un processo anabolico (come la sintesi dell’ATP).
I flavoenzimi, che contengono FAD come gruppo protesico, catalizzano molte delle reazioni di ossidazione e di riduzione per i quattro principali sistemi di metabolismo energetico: fotosintesi, respirazione aerobica, denitrificazione e respirazione dello zolfo.
Oltre alle reazioni metaboliche il FAD partecipa a diversi processi cellulari come produzione di ROS, difesa contro lo stress ossidativo e differenziazione cellulare.
Respirazione cellulare
Un importante meccanismo nella respirazione cellulare è il trasferimento di energia al flavina adenina dinucleotide necessario a convertirla in FADH2
Infatti NAD (nicotinammide adenina dinucleotide) e il FAD svolgono un ruolo fondamentale nella respirazione grazie alla possibilità di essere ridotti a NADH e FADH2.
Nel processo di riduzione:
NADH ⇄ NAD + H+ + 1 e–
e
FADH2 ⇄ FAD + 2 H+ + 2 e–
Gli elettroni vanno a far parte della catena di trasporto degli elettroni che guida il movimento degli ioni H+ attraverso la membrana mitocondriale interna nello spazio intermembrana, creando un gradiente protonico.
Il movimento degli ioni idrogeno lungo il gradiente protonico fornisce l’energia necessaria per la sintesi di ATP che è il principale trasportatore di energia dalle reazioni esoergoniche a quelle endoergoniche. Esso è quindi uno dei più importanti composti che costituisce il collegamento chimico fra catabolismo e anabolismo
Fluorescenza
La flavina adenina dinucleotide mostra fluorescenza che dipende dal suo stato redox e corrisponde principalmente allo stato redox dei complessi enzimatici mitocondriali. Nello stato ossidato, il FAD contiene un’isoallossazina che emette fluorescenza a una lunghezza d’onda di ~515 nm quando eccitata con luce blu (cioè, ~460 nm) mentre la molecola ridotta (FADH 2) non genera fluorescenza
L’isoallossazina è un composto organico aromatico eterociclico. Deriva formalmente da un derivato ossigenato della pteridina per aggiunta di un anello benzenico. Pertanto, si possono ottenere utili informazioni sullo stato redox mitocondriale monitorando l’autofluorescenza alle lunghezze d’onda appropriate consentendo l’imaging non invasivo delle attività metaboliche di cellule e tessuti viventi.
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il 28 Gennaio 2022