Flavin adenin-dinukleotid

U biohemiji, **flavin adenin dinukleotid** (**FAD**) je redoks-aktivni koenzim povezan s raznim proteinima, koji je uključen u nekoliko enzimskih reakcija u metabolizmu. Flavoprotein je protein koji sadrži flavinsku grupu, koja može biti u obliku FAD ili flavin-mononukleotida (FMN). Poznati su mnogi flavoproteini: komponente kompleksa sukcinat dehidrogenaze, α-ketoglutarat dehidrogenaze i komponenta kompleksa piruvat dehidrogenaze.

FAD može postojati u četiri redoks stanja, a to su flavin-N(5)-oksid, kinon, semikinon i hidrokinon. FAD se pretvara između ovih stanja prihvatanjem ili doniranjem elektrona. FAD, u svom potpuno oksidiranom obliku, ili kinonskom obliku, prihvata dva elektrona i dva protona da postane FADH2 (hidrokinonski oblik). Semikinon (FADH2) može nastati ili redukcijom FAD-a ili oksidacijom FADH2 prihvatanjem ili doniranjem jednog elektrona, odnosno jednog protona. Neki proteini, međutim, stvaraju i održavaju superoksidirani oblik flavin-kofaktora, flavin-N(5)-oksida.

## Historija 
Flavoproteini su prvi put otkriveni 1879., odvajanjem komponenti kravljeg mlijeka. U početku su ih zvali laktohrom zbog svog mliječnog porijekla i žutog pigmenta. Warburg i Christian su zatim otkrili da je FAD kofaktor D-aminokiselinske oksidaze u sličnim eksperimentima, 1938. Warburgov rad na povezivanju nikotinamida sa hidridnim transferima i otkrićem flavina otvorio je put mnogim naučnicima 40-ih i 50-ih godina da otkriju obilne količine redoksne biohemije i povežu ih zajedno na puteve kao što su ciklus limunske kiseline i sinteza ATP.

## Svojstva 
Flavin adenin-dinukleotid sastoji se od dva dijela: adenin-nukleotid (adenozin-monofosfat) i flavin-mononukleotid (FMN) premoštenih zajedno preko fosfatne grupe. Adenin je vezan za cikličku ribozu na 1' ugljiku, dok je fosfat vezan za ribozu na 5' ugljiku da bi formirao adenin-nukledotid . Riboflavin nastaje vezom ugljik-dušik (C-N) između izoaloksazina i ribitola. Fosfatna grupa se zatim vezuje za terminalni ugljik riboze, formirajući FMN. Budući da se veza između izoaloksazina i ribitola ne smatra glikozidnom vezom, flavin-mononukleotid nije istinski nukleotid. Ovo čini naziv dinukleotida pogrešnim; međutim, flavin-mononukleotidna grupa je još uvijek vrlo bliska nukleotidu po svojoj strukturi i hemijskim svojstvima. 
 

FAD se može reducirati na FADH2 dodavanjem 2 H+ i 2 e–. FADH2 također može biti oksidiran, gubitkom 1 H+ i 1 e– da bi se formirao FADH. FAD obrazac može se ponovo kreirati kroz dalji gubitak 1 H+ i 1 e–. Do stvaranja FAD-a može doći i  redukcijom i dehidracijom flavin-N(5)-oksida. Na osnovu oksidacijskog stanja, flavini poprimaju određene boje kada su u vodenom rastvoru. Flavin-N(5)-oksid (superoksidiran) je žuto-narandžast, FAD (potpuno oksidiran) je žut, FADH (polureduciran) je ili plav ili crven na osnovu pH, a potpuno redukovana forma je bezbojna. Promjena oblika može imati veliki uticaj na ostala hemijska svojstva. Naprimjer, FAD, potpuno oksidirani oblik je podložan nukleofilnom napadu, potpuno redukovani oblik, FADH2 ima visoku polarizabilnost, dok je poluredukovani oblik nestabilan u vodenom rastvoru. FAD je sistem aromatskih prstenova, dok FADH2 nije. To znači da FADH2 ima znatno više energije, bez stabilizacije kroz rezonanciju koju aromatska struktura pruža. FADH2 je molekula koji nosi energiju, jer nakon oksidacije ponovo dobija aromatičnost i oslobađa energiju koju predstavlja ova stabilizacija.

Spektroskopska svojstva FAD-a i njegovih varijanti omogućavaju praćenje reakcije upotrebom UV-VIS apsorpcija i fluorescencentna spektroskopija. Svaki oblik FAD-a ima različite spektre apsorpcije, što olakšava posmatranje promjena u oksidacijskom stanju. Flavini općenito imaju fluorescentnu aktivnost kada su nevezani (proteini vezani za derivate nukleinske kiseline flavina nazivaju se flavoproteini). Ovo svojstvo može se koristiti kada se ispituje vezivanje proteina, posmatrajući gubitak fluorescentne aktivnosti kada se stavi u vezano stanje. Stoga, ljudi moraju dobiti riboflavin, također poznat kao vitamin B2, iz izvora ishrane.  Ova široka raznolikost ionizacije i modifikacije flavinskog dijela može se pripisati sistemu izoaloksazinskih prstenova i sposobnosti flavoproteina da drastično remete kinetičke parametre flavina nakon vezivanja, uključujući flavin adenin-dinukleotid (FAD).

Broj gena  za  kodiranje sinteze flavina zavisnih od proteina u genomu (flavoproteom) zavisi od vrste i može se kretati od 0,1% – 3,5%, pri čemu ljudi imaju 90 gena kodiranja flavoproteina.  FAD je složeniji i bogatiji oblik flavina i navodi se da se vezuje za 75% ukupnog flavoproteoma  Prijavljene su ćelijske koncentracije slobodnih ili nekovalentno vezanih flavina u različitim kultiviranim ćelijskim linijama sisara za FAD (2,2-17,0 amol/ćeliju) i FMN (0,46-3,4 amol/ćeliju).).

FAD ima pozitivniji redukcioni potencijal od NAD+ i veoma je jak oksidans. Ćelija to koristi u mnogim energetski teškim reakcijama oksidacije kao što je dehidrogenacija C-C veze na alkenu. FAD-ovisni proteini funkcionišu u velikom broju metaboličkih puteva uključujući transport elektrona, popravku DNK, biosintezu nukleotida, beta-oksidaciju masnih kiselina, katabolizam aminokiselina, kao i sintezu drugih kofaktora kao što su CoA, CoQ i hem grupe. Jedna dobro poznata reakcija je dio ciklusa limunske kiseline (također poznat kao TCA ili Krebsov ciklus); sukcinat-dehidrogenaza (kompleks II u lancu transporta elektrona) zahtijeva kovalentno vezan FAD da katalizira oksidaciju sukcinata u fumarat, spajanjem sa redukcijom ubikinona do ubikinola. oksidativnom fosforilacijom. Neki redoks flavoproteini se nekovalentno vezuju za FAD poput acetil-CoA-dehidrogenaze koji su uključeni u beta-oksidaciju masnih kiselina i katabolizam aminokiselina poput leucina (izovaleril-CoA dehidrogenaza), izoleucin, (acil-CoA dehidrogenaza kratkog/razgranatog lanca), valin (izobutiril-CoA dehidrogenaza) i lizin (glutaril- CoA dehidrogenaza). Dodatni primjeri enzima zavisnih od FAD-a koji reguliraju metabolizam su glicerol-3-fosfat dehidrogenaza (sinteza triglicerida) i ksantin-oksidaza uključeni u katabolizam purinskih nukleotida Nekatalitske funkcije koje FAD može imati u flavoproteinima uključuju strukturne uloge ili uključene u svjetlo osjetljivo na plavo fotoreceptore koji reguliraju biološke satove i razvoj, stvaranje svjetlosti u bioluminiscentnim bakterijama.

U ljudskom genomu, kodirano je 90 flavoproteina; oko 84% zahtijeva FAD, a oko 16% zahtijeva FMN, dok 5 proteina zahtijeva da oba budu prisutna.

:

#### Ugljik–kisik 
Glukoza-oksidaza (GOX) katalizuje oksidaciju β-D-glukoze u D-glukono-δ-lakton, uz istovremenu redukciju flavina vezanog za enzim. GOX postoji kao homodimer, pri čemu svaka podjedinica vezuje jednu moledkulu FAD-a. Kristalne strukture pokazuju da se FAD vezuje u dubokom džepu enzima blizu sučelja dimera. Studije su pokazale da je nakon zamjene FAD-a sa 8-hidroksi-5-karba-5-deaza FAD-a, stereohemija reakcije određena reakcijom sa *re* face flavina. U toku obrta primećuju se neutralni i anionski semikinoni što ukazuje na radikalan mehanizam.

Sistemi P450 koji se nalaze u mitohondrijama zavise od dva proteina za prenos elektrona: FAD koji sadrži adrenodoksin-reduktazu (AR) i malu grupu gvožđa i sumpora koja sadrži protein pod nazivom adrenodoksin. FAD je ugrađen u domen AR-a koji vezuje FAD. FAD AR-a reducira se na FADH2 prijenosom dva elektrona iz NADPH koji se vezuje za NADP-vezujući domen AR. Struktura ovog enzima je visoko konzervirana, kako bi se precizno održio poravnanje donora elektrona NADPH i akceptora FAD za efikasan prijenos elektrona.
Strukture mikrosomske reduktaze naspram reduktaze mitohondrijskog P450 sistema su potpuno različite i ne pokazuju nikakvu homologiju. Ovo tržište vrijedno 150 do 500 miliona dolara nije samo za medicinske primjene, već se koristi i kao dodatak hrani za životinje u poljoprivrednoj industriji i kao prehrambene boje. Već su utvrđene dvije strukture koje FAD obično pretpostavlja kada se veže: ili produžena ili leptirska konformacija, u kojoj se molekula u suštini savija na pola, što rezultira slaganjem adenina i izoaloksazinskih prstenova.  Imitatori FAD-a koji su u stanju da se vežu na sličan način, ali ne dozvoljavaju funkciju proteina, mogli bi biti korisni mehanizmi inhibicije bakterijske infekcije.

### Optogenetika 
Optogenetika omogućava kontrolu bioloških događaja na neinvazivan način.  Polje je napredovalo posljednjih godina s brojnim novim alatima, uključujući one za aktiviranje osjetljivosti na svjetlost, kao što su FAD domeni koji koriste plavo svjetlo (BLUF). BLUF kodiraju sekvencu od 100 do 140 aminokiselina koja je izvedena iz fotoreceptora u biljkama i bakterijama.  Naučnici su to iskoristili za praćenje progresije bolesti ili efikasnosti liječenja ili za pomoć u dijagnozi. Naprimjer, nativna fluorescencija FAD-a i NADH varira u normalnom tkivu i oralna submukozna fibroza oralnoj submukoznoj fibrozi, što je rani znak invazivnog oralnog karcinoma. Ljekari stoga koriste fluorescenciju za pomoć u dijagnostici i praćenje liječenja za razliku od standardnih biopsija.

## Dodatne slike 

 Riboflavin v2.svg|Riboflavin
 FADH2.png|FADH2

## Također pogledajte
*FMN
*Monooksigenaza koja sadrži flavin
*NAD

## Reference 
## Vanjski linkovi 
* FAD bound to proteins in the PDB
* FAD entry in the NIH Chemical Database

Kategorija:Nukleotidi
Kategorija:Kofaktori
Kategorija:Flavini