Dalam biokimia, **flavin adenina dinukleotida** (**FAD**) ialah koenzim aktif redoks yang dikaitkan dengan pelbagai protein, yang terlibat dengan beberapa tindak balas enzim dalam metabolisme. Flavoprotein ialah protein yang mengandungi kumpulan flavin, yang mungkin dalam bentuk FAD atau flavin mononukleotida (FMN). Banyak flavoprotein diketahui: komponen kompleks suksinat dehidrogenase, α-ketoglutarat dehidrogenase, dan komponen kompleks piruvat dehidrogenase.

FAD boleh wujud dalam empat keadaan redoks, iaitu flavin-N(5)-oksida, kuinona, semikuinona dan hidrokuinon. FAD ditukar antara keadaan ini dengan menerima atau menderma elektron. FAD, dalam bentuk teroksida sepenuhnya, atau bentuk kuinona, menerima dua elektron dan dua proton untuk menjadi FADH2 (bentuk hidrokuinona). Semikuinona (FADH·) boleh dibentuk sama ada melalui pengurangan FAD atau pengoksidaan FADH2 dengan menerima atau menderma satu elektron dan satu proton, masing-masing. Sesetengah protein, bagaimanapun, menjana dan mengekalkan bentuk superoksida kofaktor flavin, flavin-N(5)-oksida.

Ciri
----

Flavin adenine dinucleotide terdiri daripada dua bahagian: nukleotida adenina (adenosina monofosfat) dan flavin mononukleotida (FMN) yang bercantum melalui kumpulan fosfat mereka. Adenina terikat pada ribosa gelungan pada karbon 1', manakala fosfat terikat pada ribosa pada karbon 5' untuk membentuk nukledotida adenina. Riboflavin dibentuk oleh ikatan karbon-nitrogen (CN) antara isoaloksazina dan ribitol. Kumpulan fosfat kemudiannya terikat pada karbon ribosa terminal, membentuk FMN. Oleh kerana ikatan antara isoaloksazinadan ribitol tidak dianggap sebagai ikatan glikosidik, mononukleotida flavin bukanlah nukleotida sebenar. Ini menjadikan nama dinukleotida mengelirukan; walau bagaimanapun, kumpulan flavin mononukleotida masih sangat hampir dengan nukleotida dalam struktur dan sifat kimianya.

 Tindak balas FAD yang membentuk FADH2
 Anggaran spektrum penyerapan bagi FAD.

Fungsi
------

Flavoprotein menggunakan struktur unik dan serba boleh bagi bahagian flavin untuk memangkinkan tindak balas redoks yang sukar. Oleh kerana flavin mempunyai beberapa keadaan redoks, ia boleh mengambil bahagian dalam proses yang melibatkan pemindahan sama ada satu atau dua elektron, atom hidrogen, atau ion hidronium. N5 dan C4a pada cincin flavin teroksida sepenuhnya juga terdedah kepada serangan nukleofilik. Pelbagai pengionan dan pengubahsuaian bahagian flavin ini boleh dikaitkan dengan sistem gelungan isoaloksazina dan keupayaan flavoprotein untuk mengganggu parameter kinetik flavin secara drastik apabila diikat, termasuk FAD.

Bilangan gen berkod protein yang bergantung kepada flavin dalam genom (flavoproteom) adalah bergantung kepada spesies, dan boleh berkisar antara 0.1% - 3.5%, dengan manusia mempunyai 90 gen yang berkodkan flavoprotein. FAD ialah bentuk flavin yang lebih kompleks, dan banyak dan dilaporkan mengikat kepada 75% daripada jumlah flavoproteom dan 84% daripada flavoprotein yang dikodkan oleh manusia. Kepekatan flavin bebas atau tidak terikat secara kovalen dalam sel, dalam pelbagai garisan sel mamalia dikultur telah dilaporkan bagi FAD (2.2-17.0 amol/sel) dan FMN (0.46-3.4 amol/sel).

FAD mempunyai potensi penurunan yang lebih positif daripada NAD+ dan merupakan agen pengoksidaan yang sangat kuat. Sel menggunakan ini dalam banyak tindak balas pengoksidaan sukar daripada segi bertenaga seperti penyahhidrogenan ikatan CC kepada alkena. Protein yang bergantung kepada FAD berfungsi dalam pelbagai jenis laluan metabolik termasuk pengangkutan elektron, pembaikan DNA, biosintesis nukleotida, beta-pengoksidaan asid lemak, katabolisme asid amino, serta sintesis kofaktor lain seperti kumpulan CoA, CoQ dan hem. Satu tindak balas yang terkenal ialah sebahagian kitaran asid sitrik (juga dikenali sebagai kitaran TCA atau Krebs); suksinat dehidrogenase (kompleks II dalam rantai pengangkutan elektron) memerlukan FAD yang terikat secara kovalen untuk memangkinkan pengoksidaan suksinat kepada fumarat dengan menggabungkannya dengan pengurangan ubikuinona kepada ubikuinol. Elektron bertenaga tinggi daripada pengoksidaan ini disimpan seketika dengan mengurangkan FAD kepada FADH2. FADH 2 kemudiannya kembali kepada FAD, menghantar dua elektron bertenaga tingginya melalui rantaian pengangkutan elektron; tenaga dalam FADH2 cukup untuk menghasilkan 1.5 setara ATP melalui fosforilasi oksidatif. Beberapa flavoprotein redoks bukan kovalen terikat kepada FAD seperti asetil-CoA-dehidrogenase yang terlibat dalam pengoksidaan beta asid lemak dan katabolisme asid amino seperti leusina (isovaleryl-CoA dehidrogenase), isoleusina (dehidrogenase asil-CoA berantai pendek/bercabang), valina (isobutiril-CoA dehidrogenase), dan lisina (glutaril-CoA dehidrogenase). Contoh tambahan enzim yang bergantung kepada FAD yang mengawal metabolisme ialah gliserol-3-fosfat dehidrogenase (sintesis trigliserida) dan xantina oksidase yang terlibat dalam katabolisme nukleotida purin. Fungsi bukan bermangkin yang boleh dimainkan oleh FAD dalam flavoprotein termasuk sebagai peranan struktur, atau terlibat dalam fotoreseptor cahaya sensitif biru yang mengawal jam dan perkembangan biologi, penjanaan cahaya dalam bakteria biopendarcahayaan.

Flavoprotein
------------

Flavoprotein mempunyai sama ada molekul FMN atau FAD sebagai kumpulan prostetik: kumpulan prostetik ini boleh diikat rapat atau terikat secara kovalen. Hanya kira-kira 5-10% flavoprotein mempunyai FAD yang terikat kovalen, tetapi enzim ini mempunyai kuasa redoks yang lebih kuat. Dalam sesetengah keadaan, FAD boleh menyediakan sokongan struktur terhadap tapak aktif atau menyediakan penstabilan perantaraan semasa pemangkinan. Berdasarkan data struktur yang ada, tapak pengikat FAD yang diketahui boleh dibahagikan kepada lebih daripada 200 jenis.

Rujukan
-------

1. ↑  Teufel, Robin; Agarwal, Vinayak; Moore, Bradley S. (2016-04-01). "Unusual flavoenzyme catalysis in marine bacteria". *Current Opinion in Chemical Biology*. **31**: 31–39. doi:10.1016/j.cbpa.2016.01.001. ISSN 1879-0402. PMC 4870101. PMID 26803009.
2. ↑  Teufel, R; Miyanaga, A; Michaudel, Q; Stull, F; Louie, G; Noel, JP; Baran, PS; Palfey, B; Moore, BS (28 November 2013). "Flavin-mediated dual oxidation controls an enzymatic Favorskii-type rearrangement". *Nature*. **503** (7477): 552–6. Bibcode:2013Natur.503..552T. doi:10.1038/nature12643. PMC 3844076. PMID 24162851.
3. ↑  Teufel, Robin; Stull, Frederick; Meehan, Michael J.; Michaudel, Quentin; Dorrestein, Pieter C.; Palfey, Bruce; Moore, Bradley S. (2015-07-01). "Biochemical Establishment and Characterization of EncM's Flavin-N5-oxide Cofactor". *Journal of the American Chemical Society*. **137** (25): 8078–8085. doi:10.1021/jacs.5b03983. ISSN 1520-5126. PMC 4720136. PMID 26067765.
4. ↑  Metzler DE, Metzler CM, Sauke DJ (2003). *Biochemistry* (ed. 2nd). San Diego: Harcourt, Academic Press. ISBN 978-0-12-492541-0.
5. ↑  Monteira M (2013). *B Vitamins and Folate: Chemistry, Analysis, Function and Effects*. Cambridge, UK: The Royal Society of Chemistry. m/s. 94. ISBN 978-1-84973-369-4.
6. 1 2  "Flavogenomics--a genomic and structural view of flavin-dependent proteins". *The FEBS Journal*. **278** (15): 2625–34. Aug 2011. doi:10.1111/j.1742-4658.2011.08202.x. PMID 21635694.
7. ↑  "The human flavoproteome". *Archives of Biochemistry and Biophysics*. **535** (2): 150–62. Jul 2013. doi:10.1016/j.abb.2013.02.015. PMC 3684772. PMID 23500531.
8. ↑  "Quantification of riboflavin, flavin mononucleotide, and flavin adenine dinucleotide in mammalian model cells by CE with LED-induced fluorescence detection". *Electrophoresis*. **36** (4): 518–25. Feb 2015. doi:10.1002/elps.201400451. PMID 25488801.
9. 1 2  "Emerging concepts in the flavinylation of succinate dehydrogenase". *Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics*. **1827** (5): 627–36. May 2013. doi:10.1016/j.bbabio.2013.01.012. PMC 3626088. PMID 23380393.
10. ↑  Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL (2007). *Biochemistry* (ed. 6th). New York: Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2.
11. 1 2 3  "The diverse roles of flavin coenzymes--nature's most versatile thespians". *The Journal of Organic Chemistry*. **72** (17): 6329–42. Aug 2007. doi:10.1021/jo0703092. PMC 2519020. PMID 17580897.
12. ↑  King, Michael W (18 May 2020). "Vitamins, Minerals, Supplements". *The Medical Biochemistry Page*.
13. ↑  Garma, Leonardo D.; Medina, Milagros; Juffer, André H. (2016-11-01). "Structure-based classification of FAD binding sites: A comparative study of structural alignment tools". *Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics* (dalam bahasa Inggeris). **84** (11): 1728–1747. doi:10.1002/prot.25158. ISSN 1097-0134. PMID 27580869.