Función
FAD en las flavoproteínas: La mayoría de las flavoproteínas humanas contienen una o más moléculas de FAD poco unidas. En algunos casos específicos, el grupo metilo 8-alfa del FAD está unido covalentemente a un residuo de peptidilo. Las enzimas con un FAD ligado al histidilo incluyen la succinato deshidrogenasa (EC1.3.5.1), varias acil-CoA deshidrogenasas y la poliamina oxidasa (EC1.5.3.11). Tanto en la monoamino oxidasa A como en la B (EC1.4.3.4), el grupo metilo 8-alfa del FAD está unido a un residuo S-cisteinilo.
Fosforilación oxidativa: El complejo I del transporte respiratorio de electrones mitocondrial (NADH deshidrogenasa, EC1.6.99.3) contiene una subunidad de 42 kD con FAD como grupo prostético, y una subunidad de 51 kD (flavoproteína l) con FMN. El complejo 11 (succinato ubiquinona deshidrogenasa, EC1.3.5.1) contiene un FAD unido covalentemente.
Las transhidrogenasas que contienen NAD(P) utilizan los equivalentes reductores para el bombeo de protones ligado al ATP a través de la membrana mitocondrial interna. El componente mitocondrial de la lanzadera de fosfato de glicerol, la enzima FAD deshidrogenasa de glicerol 3-P (EC1.1.99.5), trabaja junto con una deshidrogenasa de glicerol 3-P citoplasmática (que no contiene una flavina) para transferir los equivalentes reductores de la glucólisis citoplasmática a la mitocondria.
Reacciones vinculadas al glutatión: Numerosas flavoproteínas ayudan a mantener el potencial redox intracelular y a proteger los compuestos de azufre contra la oxidación. Un ejemplo importante es la ubicua glutatión reductasa citoplasmática (EC1.6.4.2), que utiliza FAD y NADPH para reducir el glutatión oxidado. El porcentaje de aumento de la actividad enzimática in vitro en los glóbulos rojos tras la adición de FAD se utiliza habitualmente como indicador del estado de la riboflavina; una mayor actividad indica una saturación incompleta de los sitios de unión al FAD de la enzima y, por tanto, un peor estado de la riboflavina. Las funciones de las enzimas FAD glutatión oxidasa (EC1.8.3.3) y CoA-glutatión reductasa (EC1.6.4.6) necesitan una mayor exploración.
Reacciones redox: La NADPH-ferrihemoproteína reductasa (EC1.6.2.4) es una enzima que contiene FAD y reduce las monooxigenasas dependientes de hemo-tiolato, como la monooxigenasa inespecífica (EC1.14.14.1), que forma parte del sistema de hidroxilación microsomal. Parece irónico que esta última enzima inactive a su vez parte de la riboflavina libre generando los metabolitos 7-hidroximetil riboflavina y 8-hidroximetil riboflavina. Otra flavoenzima microsomal implicada en la reacción redox es la NADPH-citocromo c2 reductasa (EC1.6.2.5).
Metabolismo intermediario: La D-2-hidroxiácido deshidrogenasa (EC1.1.99.6) metaboliza los hidroxiácidos, incluido el (R)-lactato.
Betaoxidación de ácidos grasos: Tres acil deshidrogenasas mitocondriales distintas oxidan acil-CoA de diferente longitud de cadena. A medida que un acil-CoA graso de cadena larga se acorta sucesivamente durante los ciclos de beta-oxidación, la enzima apropiada puede tomar el relevo, empezando por la acil-CoA deshidrogenasa de cadena larga (EC1.3.99.13), hasta la acil-CoA deshidrogenasa (EC1.3.99.3), y finalmente a la butiril-CoA deshidrogenasa (EC1.3.99.2).
Estas enzimas poseen un FAD unido covalentemente a N(5) y utilizan la flavoproteína de transferencia de electrones (ETF) que contiene FAD como aceptor de electrones. La ETF es entonces reducida por la ETF:ubiquinona oxidorreductasa (EC1.5.5.1), generando ubiquinol para su uso en la cadena respiratoria. La beta-oxidación peroxisomal, por el contrario, utiliza sólo una única acil-CoA oxidasa dependiente de FAD (EC1.3.3.6) para longitudes de cadena entre 18 y 8 y no utiliza ETF como aceptor.
Metabolismo de los lípidos: La esfinganina oxidasa que contiene FAD (sin número CE asignado) es necesaria para la síntesis de esfingosina para una amplia gama de fosfolípidos y otros lípidos complejos. El FAD también participa en la síntesis del colesterol como grupo prostético de la escualeno monooxigenasa (EC1.14.99.7), que inicia la ciclización del escualeno.
Metabolismo de las vitaminas: En el metabolismo de varias vitaminas intervienen las flavoproteínas. La tiorredoxina reductasa (EC1.6.4.5) regenera el glutatión reducido, que se utiliza para la reducción del deshidroascorbato. La piridoxamina-fosfato oxidasa (EC1.4.3.5) interconvierte las vitaminas B6 piridoxina, piridoxamina y piridoxal, así como sus fosfatos.
La cinurenina 3-monoxigenasa (EC1.14.13.9) es una enzima clave en la formación de nicotinato a partir del triptófano. Se sabe que la falta de riboflavina disminuye la suficiencia de vitamina B6. La metileno tetrahidrofolato reductasa dependiente del FAD (EC1.5.1.20) es necesaria para el reciclaje del metabolito del folato; con una reducción de su actividad, se necesita una mayor ingesta de folato para evitar la deficiencia. La vitamina B12 requiere tres flavoenzimas para su metabolismo: cob(ll)alamina reductasa (EC1.6.99.9), aquacobalamina reductasa/NADPH (EC1.6.99.11) y aquacobalamina reductasa/NADH (EC1.6.99.8). La retinal deshidrogenasa (EC1.2.1.36) es la enzima que genera ácido retinoico a partir del retinal. La NADPH deshidrogenasa (EC1.6.99.6) y dos formas de NAD(P)H deshidrogenasa (EC1.6.99.2) reactivan la vitamina K (inhibe el dicumarol) y también proporcionan una importante protección antioxidante.
Metabolismo del hemo: La protoporfirinógeno oxidasa (EC1.3.3.4) en la membrana mitocondrial interna contiene una fracción de FAD por homodímero. El protoporfirinógeno-IX se oxida a protoporfirina-IX, en la que el hierro puede ser insertado por otra enzima (no dependiente de flavina). La NADPH deshidrogenasa (EC1.6.99.1) reduce la biliverdina a bilirrubina en el hígado y también puede proteger contra el daño oxidativo.
Metabolismo de los nucleótidos: En el antepenúltimo paso de la síntesis de pirimidina, la dihidroorotato oxidasa que contiene FAD (EC1.3.3.1) genera orotato. La xantina deshidrogenasa (EC1.1.3.22), que contiene FAD, molibdopterina y racimos de hierro y azufre, cataliza el último paso del catabolismo de las purinas a ácido úrico.
Dos enzimas FAD que participan en el catabolismo de la colina son la dimetilglicina deshidrogenasa (EC1.5.99.2) y la sarcosina deshidrogenasa (EC1.5.99.1). La poliamina oxidasa (EC1.5.3.11) es una de las dos enzimas clave en el catabolismo de las poliaminas.
Hormonas y señalización celular: Las monoaminooxidasas A y B (EC1.4.3.4), necesarias para el catabolismo de la adrenalina, la noradrenalina y la serotonina, contienen FAD. El óxido nítrico, que actúa en los vasos sanguíneos y en muchos otros tejidos, es generado por varias formas de óxido nítrico sintasa (EC1.14.13.39, contiene FAD, FMN, hemo y biopterina). La síntesis de las hormonas esteroides depende de la monoxigenasa cetoesteroide (EC1.14.13.54). La ferredoxina-NADP reductasa (adrenodoxina reductasa, EC1.18.1.2) media la transferencia inicial de electrones para todos los sistemas p450 mitocondriales, incluidos los responsables de la hidroxilación 11-beta de esteroides en la corteza suprarrenal y la 24-hidroxilación (inactivación) de la vitamina D.
Detoxificación: Varias de las flavoenzimas mencionadas anteriormente desempeñan un papel en la descomposición y eliminación de xenobióticos potencialmente tóxicos. La N-monooxigenasa de metilfeniltetrahidropiridina (EC1.13.12.11) y la monooxigenasa de albendazol (EC1.14.13.32, el albendazol es un fármaco antihelmíntico benzimidazólico) son otras enzimas microsómicas que contribuyen a la eliminación de xenobióticos complejos.
Control del cumplimiento: Una dosis mayor de la que se consume normalmente (por ejemplo, 28 mg) de riboflavina añadida a los alimentos o líquidos ayuda a determinar si los sujetos del estudio han consumido toda la cantidad prescrita. Estas grandes cantidades de riboflavina se excretan casi por completo a través de la orina y luego pueden medirse fácilmente con un ensayo fluorométrico (Switzer et al., 1997; Ramanujam et al., 2011).