فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (بدعة): الخصائص ، التخليق الحيوي - مادة الاحياء - 2025

و FAD (فلافين ثنائي النوكليوتيد الأدينين) هو جزيء عضوي، أنزيم في العديد من الانزيمات من مختلف المسارات الأيضية. مثل مركبات الفلافين-النوكليوتيدات الأخرى ، تعمل كمجموعة اصطناعية من إنزيمات تقليل الأكسدة. تُعرف هذه الإنزيمات باسم بروتينات الفلافوبروتينات.

يرتبط FAD بشدة ببروتين الفلافوبروتين ، في إنزيم نازعة هيدروجين السكسينات ؛ على سبيل المثال ، يتم ربطه تساهميًا ببقايا الهيستيدين.

المصدر: Edgar181

تعمل بروتينات الفلافوبروتينات في دورة حامض الستريك ، في سلسلة النقل الإلكترونية والتحلل التأكسدي للأحماض الأمينية والأحماض الدهنية ، وتتمثل وظيفتها في أكسدة الألكانات إلى الألكينات.

مميزات

يتكون FAD من حلقة حلقية غير متجانسة (isoaloxacin) تعطيها لونًا أصفر ، مرتبطة بالكحول (ريبيتول). يمكن تقليل هذا المركب جزئيًا لتوليد FADH جذري ثابت ، أو تقليل إنتاج FADH _{2 تمامًا}.

عندما ترتبط تساهميًا بالأنزيمات ، فإنها تعتبر مجموعة اصطناعية ، أي أنها تشكل جزءًا غير أحماض أمينية من البروتين.

تقدم بروتينات الفلافوبروتينات في شكلها المؤكسد نطاقات امتصاص مهمة في منطقة الطيف المرئي ، مما يمنحها لونًا كثيفًا يتراوح من الأصفر إلى الأحمر والأخضر.

عندما يتم تقليل هذه الإنزيمات ، فإنها تعاني من تغير اللون بسبب تغير طيف الامتصاص. تستخدم هذه الخاصية لدراسة نشاط هذه الإنزيمات.

النباتات وبعض الكائنات الحية الدقيقة القادرة على تصنيع الفلافين ، ولكن في الحيوانات الأعلى (مثل الإنسان) ، لا يمكن تصنيع حلقة إيزوالوكساسين ، لذلك يتم الحصول على هذه المركبات من خلال النظام الغذائي ، مثل فيتامين ب ₂.

في FAD ، يمكن توليد النقل المتزامن لإلكترونين ، أو النقل المتسلسل لكل إلكترون ، لإنتاج الشكل المختزل FADH ₂.

التخليق الحيوي FAD

كما ذكرنا سابقًا ، الحلقة التي يتكون منها الإنزيم المساعد FAD لا يمكن تصنيعها بواسطة الحيوانات ، لذلك للحصول على الإنزيم المساعد المذكور ، يلزم الحصول على مقدمة من النظام الغذائي ، وهو فيتامين بشكل عام. يتم تصنيع هذه الفيتامينات فقط عن طريق الكائنات الحية الدقيقة والنباتات.

يتم إنتاج FAD من فيتامين ب ₂ (الريبوفلافين) من خلال تفاعلين. في الريبوفلافين ، يتم فسفرة سلسلة جانبية من الريبتيل في مجموعة -OH من الكربون C5 بواسطة إنزيم فلافوكيناز.

في هذه الخطوة ، يتم إنتاج أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) والذي ، على الرغم من اسمه ، ليس نيوكليوتيدًا حقيقيًا ، لأن سلسلة الريبيتيل ليست سكرًا حقيقيًا.

بعد تكوين FMN ومن خلال مجموعة بيروفوسفات (PPi) ، يحدث الاقتران مع AMP من خلال عمل إنزيم FAD pyrophosphorylase ، وأخيراً ينتج الإنزيم المساعد FAD. تم العثور على إنزيمات الفلافوكيناز والبيروفوسفوريلاز بكثرة في الطبيعة.

أهمية

على الرغم من أن العديد من الإنزيمات يمكن أن تقوم بوظائفها التحفيزية من تلقاء نفسها ، إلا أن بعضها يتطلب مكونًا خارجيًا يمنحها الوظائف الكيميائية التي تفتقر إليها في سلاسل البولي ببتيد الخاصة بها.

تسمى المكونات الخارجية بالعوامل المساعدة ، والتي يمكن أن تكون أيونات معدنية ومركبات عضوية ، وفي هذه الحالة تُعرف باسم الإنزيمات المساعدة ، كما هو الحال مع FAD.

يُطلق على الموقع التحفيزي لمركب الإنزيم المساعد اسم holoenzyme ، ويُعرف الإنزيم باسم apoenzyme عندما يفتقر إلى العامل المساعد ، وهي الحالة التي يظل فيها غير نشط بشكل تحفيزي.

يجب أن يكون النشاط التحفيزي للأنزيمات المختلفة (المعتمدة على الفلافين) مرتبطًا بـ FAD للقيام بنشاطه التحفيزي. في نفوسهم ، يعمل FAD كناقل وسيط للإلكترونات وذرات الهيدروجين المنتجة في تحويل الركائز إلى منتجات.

هناك تفاعلات مختلفة تعتمد على الفلافين ، مثل أكسدة روابط الكربون في حالة تحول الأحماض الدهنية المشبعة إلى الأحماض الدهنية غير المشبعة ، أو أكسدة السكسينات إلى فومارات.

إنزيمات هيدروجين وأكسيدازات تعتمد على الفلافين

تحتوي الإنزيمات المعتمدة على الفلافين على FAD مرتبط بشدة كمجموعة صناعية. يمكن تقليل مناطق هذا الإنزيم المتورط في الأكسدة والاختزال للتفاعلات المختلفة بشكل عكسي ، أي أن الجزيء يمكن أن يتغير بشكل عكسي إلى حالات FAD و FADH و FADH ₂.

أهم بروتينات الفلافوبروتينات هي نازعات الهيدروجين المرتبطة بنقل الإلكترون والتنفس ، وتوجد في الميتوكوندريا أو أغشيتها.

بعض الإنزيمات المعتمدة على الفلافين هي إنزيم نازعة هيدروجين السكسينات ، والذي يعمل في دورة حمض الستريك ، بالإضافة إلى أسيل- CoA-dehydrogenase ، والذي يتدخل في مرحلة نزع الهيدروجين الأولى في أكسدة الأحماض الدهنية.

تمتلك البروتينات الفلافوبروتينات التي هي نازعة للهيدروجين احتمالًا منخفضًا يمكن إعادة أكسدة FAD (FADH ₂) المختزلة بواسطة الأكسجين الجزيئي. من ناحية أخرى ، يميل FADH ₂ في أوكسيديز بروتين الفلافوبروتين بسهولة إلى إعادة الأكسدة ، مما ينتج بيروكسيد الهيدروجين.

يوجد في بعض خلايا الثدييات بروتين فلافوبروتين يسمى اختزال NADPH-cytochrome P450 ، والذي يحتوي على كل من FAD و FMN (أحادي نيوكليوتيد الفلافين).

هذا البروتين الفلافوبروتين هو إنزيم غشائي مضمن في الغشاء الخارجي للشبكة الإندوبلازمية. يرتبط FAD بهذا الإنزيم هو متقبل الإلكترون لـ NADPH أثناء أكسجة الركيزة.

FAD في مسارات التمثيل الغذائي

سكسينات ديهيدروجينيز هو غشاء بروتين فلافوبروتين يقع في غشاء الميتوكوندريا الداخلي للخلايا ، يحتوي على FAD المرتبط تساهميًا. في دورة حامض الستريك ، هذا هو المسؤول عن أكسدة الرابطة المشبعة في وسط جزيء سكسينات ، وتحويل الرابطة المذكورة إلى رابطة مزدوجة ، لإنتاج فومارات.

الإنزيم المساعد FAD هو مستقبل الإلكترونات القادمة من أكسدة هذه الرابطة ، مما يقللها إلى حالتها FADH ₂. يتم نقل هذه الإلكترونات لاحقًا إلى سلسلة النقل الإلكترونية.

يحتوي المركب II من سلسلة نقل الإلكترون على بروتين فلافوبروتين سكسينات ديهيدروجينيز. وظيفة هذا المركب هي تمرير الإلكترونات من سكسينات إلى أنزيم Q. يتأكسد FADH ₂ إلى FAD ، وبالتالي نقل الإلكترونات.

يحفز فلافوبروتين أسيل- CoA-dehydrogenase تكوين رابطة مزدوجة عبر لتشكيل CoA عبر enoyl في المسار الأيضي لأكسدة الأحماض الدهنية. يكون هذا التفاعل كيميائيًا هو نفسه الذي تم إجراؤه بواسطة هيدروجيناز السكسينات في دورة حمض الستريك ، حيث يكون الإنزيم المساعد FAD هو مستقبل منتج H لنزع الهيدروجين.

المراجع

1. Devlin ، TM (1992). كتاب الكيمياء الحيوية: مع الارتباطات السريرية. John Wiley & Sons، Inc.
2. Garrett، RH، & Grisham، CM (2008). الكيمياء الحيوية. إد طومسون بروكس / كول.
3. نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2006). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية الطبعة الرابعة. إد أوميجا. برشلونة.
4. رون ، دينار (1989). الكيمياء الحيوية (رقم 577.1 RAW). إد Interamericana-McGraw-Hill
5. Voet ، D. ، & Voet ، JG (2006). الكيمياء الحيوية. عموم أمريكا الطبية Ed.