Flavoproteine: tipi, reazioni

Le flavoproteine ​​sono proteine ​​che contengono uno dei due derivati ​​nucleotidici della riboflavina: il flavina adenina dinucleotide (FAD) o il flavina mononucleotide (FMN)
Le flavoproteine ​​sono coinvolte in un’ampia gamma di processi biologici, compresi i processi fondamentali come la fotosintesi, la glicolisi, la bioluminescenza e la riparazione del DNA

Esse ​​sono coinvolte nel trasferimento di atomi di idrogeno da un donatore a un accettore. Pertanto, sono essenziali per rimuovere i radicali liberi, che sono coinvolti nello stress ossidativo.

Sono proteine gialle infatti loro nome deriva dal latino flavus che significa giallo. Fungono da enzimi fondamentali per la capacità delle cellule del corpo di respirare, respirare o utilizzare l’ossigeno catalizzando reazioni di ossidoriduzione.

Il medico tedesco Otto Heinrich Warburg, pioniere nella ricerca sulla respirazione delle cellule, scoprì per primo l’enzima giallo.  Vinse il Premio Nobel per la medicina nel 1931 “per la sua scoperta della natura e del modo di azione dell’enzima respiratorio”.

Le flavoproteine ​​e i citocromi sono cromofori il cui colore è determinato dallo stato di ossidazione delle proteine e agiscono come donatori e accettori di elettroni nella catena di trasporto degli elettroni catalizzando anche una varietà di reazioni biochimiche. 

Tipi di flavoproteine

Le flavoproteine appartengono alla classe delle ossidoreduttasi e catalizzano determinate reazioni tra esse vi sono:

• D-amminoacido ossidasi  presenta ampia specificità per D-amminoacidi e catalizza la reazione:

D-amminoacido + H₂O + O₂ ⇄ 2-ossoacido + NH₃ + H₂O₂

• glucosio ossidasi catalizza la seguente reazione:

β-D-glucosio + O₂⇄ D-glucono-1,5-lattone + H₂O₂

• glicina ossidasi catalizza le seguenti reazioni:

glicina + H₂O + O₂ ⇄ gliossilato + NH₃ + H₂O₂

D-alanina + H₂O + O₂ ⇄ piruvato + NH₃ + H₂O₂

sarcosina + H₂O + O2 ⇄ gliossilato + metilammina + H₂O₂

N-etilglicina + H₂O + O₂ ⇄ gliossilato + etilammina + H₂O₂

• vanillil-alcol ossidasi catalizza la seguente reazione:

vanillil alcol + O₂ ⇄ vanillina + H₂O₂

La vanillil-alcol ossidasi di Penicillium simplicissimum contiene un FAD legato covalentemente.

• nitrogenasi o flavodossina, complesso di due proteine contenenti centri ferro-zolfo e molibdeno catalizza la reazione:

6 flavodossina ridotta + 6 H+ + N₂ + n ATP ⇄ 6 flavodossina ossidata + 2 NH₃ + n ADP + n fosfato

• ferredoxina-NADP+ reduttasi catalizza la seguente reazione:

2 ferredoxina ridotta + NADP+ + H⁺ ⇄ 2 ferredoxina ossidata + NADPH

Applicazioni in campo medico

Alcune flavoproteine ​​sono importanti in campo medico. Un esempio è costituito dall’allopurinolo utilizzato nel trattamento dell’iperuricemia, della gotta e della litiasi uratica. Questo farmaco inibisce la xantina ossidasi, una flavoproteina complessa coinvolta nella formazione dell’acido urico, prodotto finale della naturale scomposizione delle purine nel corpo che causa la gotta. L’allopurinolo subisce metabolismo nel fegato, dove si trasforma nel suo metabolita farmacologicamente attivo, l’ossipurinolo.

Un’altra flavoproteina complessa, la monoammino ossidasi, è un bersaglio per la modulazione da parte della terapia farmacologica , in particolare per la depressione, perché questo enzima degrada alcuni dei potenti neurotrasmettitori naturali coinvolti nei disturbi mentali. La monoammino ossidasi ha due isoforme ( monoammino ossidasi A e B) che hanno una analogia di sequenza amminoacidica del 73% , ma le due isoforme differiscono nella loro specificità di substrato , distribuzione tissutale e selettività dell’inibitore.

I substrati endogeni della monoammino ossidasi-A includono serotonina, noradrenalina , tiramina e dopamina, mentre la monoammino ossidasi-B utilizza solo i substrati dopamina e tiramina. 

Tra le flavoproteine di interesse medico vi è la  metilenetetraidrofolato reduttasi (MTHFR), è coinvolta nella formazione dell’amminoacido metionina. Questo enzima è coinvolto nella trasformazione del 5-10-metilen-tetraidrofolato (THF) in 5-metil THF, cioè la più abbondante forma circolante di acido folico. Le mutazioni del gene MTHFR possono influenzare il metabolismo dell’acido folico e dell’omocisteina  portare a disfunzioni metaboliche con un aumento del rischio  di malattie cardiovascolari, problemi durante la gravidanza