**플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드**는 생화학에서 산화환원반응의 조효소이며, 보다 구체적으로 단백질의 보결분자단으로 물질대사에 있어서 몇 가지 중요한 효소 반응에 관여한다. 플라보단백질은 플라빈기를 함유하고 있는 단백질이며, 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD) 또는 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)의 형태일 수 있다. 석신산 탈수소효소 복합체의 구성 성분 외에도 α-케토글루타르산 탈수소효소 및 피루브산 탈수소효소 복합체의 구성 성분을 포함하는 많은 플라보단백질들이 있다.

FAD는 플라빈-N(5)-옥사이드, 퀴논, 세미퀴논, 하이드로퀴논의 4가지 서로 다른 산화환원상태로 존재할 수 있다.

## 역사
플라보단백질은 1879년에 우유의 성분을 분리함으로써 처음 발견되었다. 처음에는 우유에서 기원했고, 노란색 색소였기 때문에 락토크롬(lactochrome)이라고 불렸다. 니코틴아마이드와 수소화물의 전달을 연결시키고 플라빈을 발견한 바르부르크의 연구는 1940년대와 1950년대에 많은 과학자들이 수많은 생화학에서의 산화환원반응들을 발견하고, 이들을 시트르산 회로와 ATP 합성과 같은 대사 경로에서 함께 연결시키는 길을 열었다.

## 특성
플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)는 아데닌 뉴클레오타이드와 인산기를 통해 함께 결합된 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)라는 두 가지 주요 부분으로 구성된다. 아데닌은 고리형 리보스의 1' 탄소에서 결합하고, 인산은 리보스의 5' 탄소에서 결합하여 아데닌 뉴클레오타이드를 형성한다. 리보플라빈은 아이소알록사진과 리비톨 사이의 탄소-질소(C-N) 결합에 의해 형성된다. 그 후에 인산기는 말단의 리비톨 탄소 상에 결합하여 FMN을 형성한다. 아이소알록사진과 리비톨 사이의 결합은 글리코사이드 결합으로 간주되지 않기 때문에 플라빈 모노뉴클레오타이드는 엄격한 의미로 뉴클레오타이드가 아니다. 그래서 다이뉴클레오타이드라는 이름은 오해의 소지가 있지만, 플라빈 모노뉴클레오타이드는 구조 및 화학적 특성에서 여전히 뉴클레오타이드에 매우 가깝다. 

FAD는 2 H는 일단 산화되면 방향족성을 회복하고 이러한 안정화에 의해 나타나는 에너지를 방출하기 때문에 에너지 운반 분자이다.

FAD 및 그 변이체의 분광학적 특성은 자외선 가시광선 분광법 및 형광 분광법을 사용해 반응 모니터링을 수행해 조사할 수 있다. FAD의 각기 다른 형태는 흡광도 스펙트럼이 다르므로, 산화 상태의 변화를 쉽게 관찰할 수 있다.

## 화학적 상태
생물체에서 완전히 산화된 형태인 FAD는 H는 공여체로 작용한다. 아래의 도표는 일어날 수 있는 위치 에너지의 변화를 요약한 것이다.

위의 도표처럼 FAD의 다른 반응 형태들이 형성되고 소비될 수 있다. 이러한 반응들은 전자의 전달과 화학 결합의 생성/분해를 포함한다. 반응 메커니즘을 통해 FAD는 생물체 내에서의 화학 반응에 기여할 수 있다. 다음 그림들은 FAD가 관여할 수 있는 일부 반응들의 일반적인 형식을 보여준다.

메커니즘 1과 2는 하이드라이드를 얻는 것을 나타내며, 분자는 1개의 하이드라이드 이온에 해당하는 양을 얻는다. 메커니즘 3과 4는 라디칼의 형성 및 하이드라이드의 소실 과정이다. 라디칼은 전자쌍을 이루고 있지 않은 전자를 가진 원자를 포함하며, 화학적으로 반응성이 매우 크다. 하이드라이드의 소실은 이전의 하이드라이드를 얻는 과정의 역과정이다. 메커니즘 5와 6은 친핵성 첨가반응과 탄소 라디칼을 이용한 반응을 보여준다.

## 생합성
FAD는 리보플라빈에서 기원하는 또 다른 분자인 플라빈 모노뉴클레오타이드와 함께 효소 보조인자로서 중요한 역할을 한다.

## 기능
플라보단백질의 산화환원 반응을 촉매하기 위해 플라빈 잔기의 독특하고, 다양한 구조를 이용한다. 플라빈은 여러 개의 산화환원 상태를 가지고 있기 때문에, 한 개 또는 두 개의 전자, 수소 원자 또는 하이드로늄 이온(H)이 전달을 포함하는 과정에 참여할 수 있다. 또한 완전히 산화된 플라빈 고리의 N5와 C4a는 친핵성 공격을 받기 쉽다. FAD 잔기의 이온화와 변형의 다양성은 아이소알록사진 고리 시스템과 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)를 포함하여 결합시 플라빈의 반응속도 매개변수를 크게 교란시키는 플라보단백질의 능력에 기인할 수 있다.

게놈(플라보프로테옴)에서 플라빈 의존성 단백질을 암호화하고 있는 유전자의 수는 생물 종에 따라 다르며, 0.1%~3.5%의 범위일 수 있으며, 사람은 90개의 플라보단백질을 암호화하고 있는 유전자를 가지고 있다. 포유류의 다양한 배양 세포주에서 유리 플라빈 또는 비공유결합 플라빈의 세포 내 농도가 FAD(2.2~17.0 amol/세포), FMN(0.46~3.4 amol/세포)로 보고되었다.

FAD는 NAD

## 플라보단백질
플라보단백질은 보결분자단으로 FMN 또는 FAD를 가지고 있으며, 이러한 보결분자단은 단단히 묶여 있거나 공유 결합으로 연결될 수 있다. 플라보단백질의 약 5~10% 만이 FAD와 공유 결합으로 연결되어 있고, 이들 효소는 더 강력한 산화환원력을 가지고 있다. 이용가능한 구조 데이터에 기초하여, 알려져 있는 FAD-결합 부위는 200개 이상의 서로 다른 유형으로 분류될 수 있다.

사람에는 90 종의 플라보단백질이 있다. 이 중 약 84%는 FAD를 필요로 하고, 약 16%는 FMN을 필요로 하며, 5가지 단백질은 FAD와 FMN 둘 다를 필요로 한다.

### 탄소-헤테로 원자 결합의 산화

#### 탄소-질소
모노아민 산화효소(MAO)는 노르에피네프린, 세로토닌, 도파민의 이화작용과 관련하여 생물학적으로 중요하기 때문에 광범위하게 연구된 플라보효소(flavoenzyme)이다. 모노아민 산화효소는 이민으로부터 알데하이드 또는 케톤으로 비효소적으로 가수분해함으로써 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민을 산화시킨다. 비록 이러한 종류의 효소가 광범위하게 연구되었지만, 그 작용 메커니즘은 여전히 논쟁 중이다. 라디칼 메커니즘(radical mechanism)과 친핵성 메커니즘(nucleophilic mechanism)의 두 가지 메커니즘이 제안되었다. 라디칼 중간생성물의 존재를 나타내는 스펙트럼 또는 전자 스핀 공명에 대한 증거가 없기 때문에 라디칼 메커니즘은 일반적으로 잘 받아들여지지 않는다. 친핵성 메커니즘은 기질의 친핵성을 증가시킬 것으로 예상되는 2개의 티로신 잔기를 돌연변이시킨 부위 특이적 돌연변이 유발에 의해 지지되기 때문에 보다 더 선호된다.

#### 탄소-산소
글루코스 산화효소(GOX)는 효소 결합 플라빈의 환원과 함께 β-D-글루코스의 D-글루코노--δ-락톤으로의 산화를 촉매한다. 글루코스 산화효소는 각각의 소단위체가 하나의 FAD-분자와 결합하고 있는 호모다이머(homodimer)로 존재한다. 결정 구조는 FAD가 이량체 경계면 근처의 효소의 깊은 곳에 결합한다는 것을 보여준다. 연구에 따르면 FAD를 8-하이드록시-5-카바-5-데자 FAD(8-hydroxy-5-carba-5-deaza FAD)로 대체했을 때 반응의 입체화학은 플라빈의 전면과 반응하여 결정된다고 나왔다. 회전하는 동안 라디칼 메커니즘을 나타내는 중성 및 음이온 세미퀴논이 관찰된다.

#### 탄소-황
프레닐시스테인 분해효소(PCLase)는 단백질 표적에 아이소프레노이드 알데하이드와 유리된 시스테인 잔기를 형성하기 위해 프레닐시스테인(단백질 변형)의 분해를 촉매한다. FAD는 프레닐시스테인 분해효소에 비공유결합되어 있다. 플라빈의 반응을 보면 많은 메커니즘 연구가 이루어지지 않았지만, 제안된 메커니즘은 아래와 같다. 프레닐 잔기의 C1으로부터 FAD로의 하이드라이드의 전달은 플라빈의 FADH

### 탄소-탄소
UDP-N-아세틸에놀피루빌글루코사민 환원효소(MurB)는 에놀피루빌-UDP-N-아세틸글루코사민(기질)을 UDP-N-아세틸무람산(생성물)으로의 NADPH-의존성 환원을 촉매하는 효소이다. UDP-N-아세틸에놀피루빌글루코사민 환원효소는 단량체이며, FAD 한 분자를 포함하고 있다. 기질이 생성물로 전환되기 전에 NADPH는 먼저 FAD를 환원시켜야 한다. 일단 NADP

### 티올/이황화물 화학
글루타티온 환원효소(GR)는 글루타티온 이황화물(GSSG)을 글루타티온(GSH)으로의 환원을 촉매한다. 글루타티온 환원효소는 이 반응을 촉진시키기 위해 FAD와 NADPH를 필요로 한다. 먼저 하이드라이드를 NADPH에서 FAD로 전달해야 한다. 환원된 플라빈은 이황화물을 공격하기 위한 친핵체로써 작용할 수 있으며, 이는 C4a-시스테인 부가물을 생성한다. 이 부가물을 제거하면 플라빈-티올레이트 전하이동 복합체가 생성된다.

### 전자전달 반응
마이크로솜의 P450 시스템의 환원효소인 사이토크롬 P450 환원효소에는 FMN과 FAD가 모두 포함되어 있다. 전자는 NADPH에서 사이토크롬 P450 환원효소의 FAD로 전달된 다음 FMN으로 전달되고, 마지막으로 사이토크롬 P450의 헴 보조인자로 전달된다. 환원 적정에서 FMN과 FAD는 모두 중성 세미퀴논으로 존재할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 플라빈들은 단지 약 4Å 떨어져 있는데, 이는 전자가 그들 사이에서 직접적으로 전달된다는 것을 시사하고 있다.

미토콘드리아 P450 시스템의 환원효소인 아드레노독신 환원효소는 효소의 FAD-결합 도메인에 박혀있는 FAD를 포함한다.

마이크로솜의 환원효소의 구조와 미토콘드리아 P450 시스템의 환원효소의 구조는 완전히 다르며, 어떠한 상동성도 보이지 않는다.

### 산화환원반응
''p''-하이드록시벤조에이트 하이드록실레이스(PHBH)는 ''p''-하이드록시벤조에이트(''p''OHB)의 3,4-다이하이드록시벤조에이트로의 산소첨가 반응을 촉매한다. FAD, NADPH 및 산소 분자는 모두 산소첨가 반응에 필요하다. NADPH는 먼저 FAD로 하이드라이드를 전달하여 FADH

### 비산화환원반응
코리슴산 생성효소(CS)는 시킴산 경로의 마지막 단계인 코리슴산의 생성을 촉매한다. 코리슴산 생성효소에는 두 가지 부류가 있는데, 둘 다 FMN을 필요로 하지만, 환원제로써 NADPH를 필요로 하는 부류와 필요로 하지 않는 부류가 있다. 코리슴산 생성효소에 대해 제안된 메커니즘은 라디칼들을 포함한다. 라디칼 플라빈은 기질 유사체를 사용하지 않고, 분광학적으로 검출되지 않기 때문에 수명이 짧을 것으로 제안되었다. 그러나 플루오린화 기질을 사용시 중성 플라빈 세미퀴논이 검출되었다.

### 복잡한 플라보효소
글루탐산 생성효소는 α-케토글루타르산을 L-글루탐산으로 전환시키는 반응을 촉매하며, L-글루타민은 이 반응의 질소원으로 작용한다. 모든 글루탐산 생성효소는 철-황 클러스터와 FMN을 함유하는 철-황 플라보단백질이다. 글루탐산 생성효소의 3가지 부류는 글루탐산 생성효소의 아미노산 서열 및 생화학적 특성에 따라 분류된다. 글루탐산 생성효소에는 3가지 부류가 있지만, 이들은 모두 동일한 메커니즘을 통해 작동한다고 믿어지는데, FMN을 먼저 환원시키는 것만 다를 뿐이다. 글루탐산 생성효소는 2개의 글루탐산 분자를 생성하는데, 1개는 글루타민의 가수분해(글루탐산과 암모니아를 생성함)에 의한 것이고, 다른 1개는 FMN에 의해 글루탐산으로 환원되는 α-케토글루타르산을 공격하는 첫 번째 반응에서 생성된 암모니아에 의한 것이다.

## 임상적 중요성

### 플라보단백질 관련 질병
플라보단백질의 중요성으로 인해 사람의 플라보단백질의 약 60%가 돌연변이시 사람에게 질병을 일으킨다는 것은 그리 놀라운 일이 아니다.

### 의약품 설계
일반적인 항생제에 대한 세균의 항생제 내성이 증가함에 따라 새로운 항생제의 설계는 과학 연구에서 중요한 문제이다. FAD를 사용하는 특정 대사 단백질(석신산 탈수소효소)은 세균의 독성에 필수적이기 때문에 FAD 합성을 목표로 하거나 FAD 유사체를 만드는 것이 유용한 연구 분야가 될 수 있다.

### 광유전학
광유전학은 비침습적인 방법으로 생물학적 사건들을 조절할 수 있도록 한다.

### 치료 모니터링
신체에는 트립토판, 콜라겐, FAD, NADH, 포르피린을 비롯한 고유의 형광을 갖고 있는 많은 분자들이 있다.