Funzione
FAD nelle flavoproteine: La maggior parte delle flavoproteine umane contengono uno o più FAD liberamente legati. In alcuni casi specifici, il gruppo 8-alfa metile del FAD è legato covalentemente a un residuo peptidico. Gli enzimi con un FAD legato all’istidile includono la succinato deidrogenasi (EC1.3.5.1), diverse acil-CoA deidrogenasi e la poliammina ossidasi (EC1.5.3.11). In entrambe le monoamino ossidasi A e B (EC1.4.3.4), il gruppo 8-alfa metile del FAD è legato a un residuo S-cisteinile.
Fosforilazione ossidativa: Il complesso I del trasporto di elettroni respiratorio mitocondriale (NADH deidrogenasi, EC1.6.99.3) contiene una subunità 42-kD con FAD come gruppo prostetico, e una subunità 51-kD (flavoproteina l) con FMN. Il complesso 11 (succinato ubichinone deidrogenasi, EC1.3.5.1) contiene un FAD legato covalentemente.
Le transidrogenasi contenenti NAD(P) usano gli equivalenti riducenti per il pompaggio di protoni legato all’ATP attraverso la membrana mitocondriale interna. Il componente mitocondriale della navetta del glicerolo fosfato, l’enzima FAD glicerolo 3-P deidrogenasi (EC1.1.99.5), lavora insieme a una glicerolo 3-P deidrogenasi citoplasmatica (che non contiene una flavina) per trasferire gli equivalenti riducenti dalla glicolisi citoplasmatica ai mitocondri.
Reazioni legate al glutatione: Numerose flavoproteine aiutano a mantenere il potenziale redox intracellulare e a proteggere i composti di zolfo dall’ossidazione. Un esempio importante è l’ubiquitaria glutatione reduttasi citoplasmatica (EC1.6.4.2), che utilizza FAD e NADPH per ridurre il glutatione ossidato. L’aumento percentuale dell’attività enzimatica in vitro nei globuli rossi dopo l’aggiunta di FAD è comunemente usato come indicatore dello stato della riboflavina; una maggiore attività indica una saturazione incompleta dei siti di legame al FAD dell’enzima e quindi uno stato di riboflavina più povero. I ruoli degli enzimi FAD glutatione ossidasi (EC1.8.3.3) e CoA-glutatione reduttasi (EC1.6.4.6) devono essere ulteriormente esplorati.
Reazioni Redox: La NADPH-ferriemoproteina reduttasi (EC1.6.2.4) è un enzima contenente FAD che riduce le monoossigenasi dipendenti dall’eme-tiolato come la monoossigenasi aspecifica (EC1.14.14.1), che fa parte del sistema idrossilante microsomiale. Sembra ironico che quest’ultimo enzima inattivi a sua volta parte della riboflavina libera generando i metaboliti 7-idrossimetil riboflavina e 8-idrossimetil riboflavina. Un altro flavoenzima microsomiale coinvolto nella reazione redox è la NADPH-citocromo c2 reduttasi (EC1.6.2.5).
Metabolismo intermedio: La D-2-idrossiacido deidrogenasi (EC1.1.99.6) metabolizza gli idrossiacidi, incluso il (R)-lattato.
Beta-ossidazione degli acidi grassi: Tre distinte acil deidrogenasi mitocondriali ossidano l’acil-CoA di varia lunghezza della catena. Man mano che un acil-CoA grasso a catena lunga si accorcia successivamente durante i cicli di beta-ossidazione, l’enzima appropriato può prendere il sopravvento, a partire dall’acil-CoA deidrogenasi a catena lunga (EC1.3.99.13), all’acil-CoA deidrogenasi (EC1.3.99.3), e infine alla butirral-CoA deidrogenasi (EC1.3.99.2).
Questi enzimi possiedono un FAD legato covalentemente a N(5) e usano la flavoproteina di trasferimento di elettroni (ETF) contenente FAD come accettore di elettroni. L’ETF viene poi ridotto dall’ETF:ubichinone ossidoreduttasi (EC1.5.5.1), generando ubichinolo da utilizzare nella catena respiratoria. La beta-ossidazione perossisomiale, al contrario, utilizza solo una singola acil-CoA ossidasi FAD-dipendente (EC1.3.3.6) per catene di lunghezza compresa tra 18 e 8 e non utilizza ETF come accettore.
Metabolismo dei lipidi: La sfinganina ossidasi contenente FAD (senza numero EC assegnato) è necessaria per la sintesi della sfingosina per una vasta gamma di fosfolipidi e altri lipidi complessi. Il FAD partecipa anche alla sintesi del colesterolo come gruppo prostetico della squalene monoossigenasi (EC1.14.99.7), che avvia la ciclizzazione dello squalene.
Metabolismo delle vitamine: Il metabolismo di diverse vitamine coinvolge le flavoproteine. La tioredossina reduttasi (EC1.6.4.5) rigenera il glutatione ridotto, che è usato per la riduzione del deidroascorbato. La piridossamina-fosfato ossidasi (EC1.4.3.5) interconverte le vitamine B6 piridossina, piridossamina e piridossale, così come i loro fosfati.
La chinurenina 3-monossigenasi (EC1.14.13.9) è un enzima chiave nella formazione del nicotinato dal triptofano. Una mancanza di riboflavina è nota per diminuire la sufficienza di vitamina B6. La metilene tetraidrofolato reduttasi FAD-dipendente (EC1.5.1.20) è necessaria per il riciclaggio dei metaboliti del folato; con una riduzione della sua attività, è necessaria una maggiore assunzione di folato per evitare la carenza. La vitamina B12 richiede tre flavoenzimi per il suo metabolismo: cob(ll)alamina reduttasi (EC1.6.99.9), acquacobalamina reduttasi/NADPH (EC1.6.99.11), e acquacobalamina reduttasi/NADH (EC1.6.99.8). La deidrogenasi retinica (EC1.2.1.36) è l’enzima che genera acido retinoico dal retinale. La NADPH deidrogenasi (EC1.6.99.6) e due forme di NAD(P)H deidrogenasi (EC1.6.99.2) riattivano la vitamina K (inibibile dal dicumarolo) e forniscono anche un’importante protezione antiossidante.
Metabolismo degli emi: Protoporfirinogeno ossidasi (EC1.3.3.4) nella membrana mitocondriale interna contiene una parte di FAD per omodimero. Il protoporfirinogeno-IX è ossidato a protoporfirina-IX, in cui il ferro può essere inserito da un altro enzima (non flavino-dipendente). La NADPH deidrogenasi (EC1.6.99.1) riduce la biliverdina a bilirubina nel fegato e può anche proteggere dal danno ossidativo.
Metabolismo dei nucleotidi: nel terzultimo passo della sintesi delle pirimidine, la diidroorotata ossidasi contenente FAD (EC1.3.3.1) genera orotato. La xantina deidrogenasi (EC1.1.3.22), che contiene FAD, molibdopterina e cluster di ferro e zolfo, catalizza il passo finale del catabolismo delle purine in acido urico.
Due enzimi FAD che partecipano al catabolismo della colina sono la dimetilglicina deidrogenasi (EC1.5.99.2) e la sarcosina deidrogenasi (EC1.5.99.1). La poliammina ossidasi (EC1.5.3.11) è uno dei due enzimi chiave nel catabolismo delle poliammine.
Ormoni e segnalazione cellulare: Le monoamine ossidasi A e B (EC1.4.3.4), che sono necessarie per il catabolismo di adrenalina, noradrenalina e serotonina, contengono FAD. L’ossido nitrico, che agisce sui vasi sanguigni e su molti altri tessuti, è generato da diverse forme di ossido nitrico sintasi (EC1.14.13.39, contiene FAD, FMN, eme e biopterina). La sintesi degli ormoni steroidei dipende dalla chetossigenasi (EC1.14.13.54). La ferredossina-NADP reduttasi (adrenodossina reduttasi, EC1.18.1.2) media il trasferimento iniziale di elettroni per tutti i sistemi mitocondriali p450, compresi quelli responsabili dell’idrossilazione degli steroidi 11-beta nella corteccia surrenale e della 24-idrossilazione (inattivazione) della vitamina D.
Detossificazione: Molti dei flavoenzimi menzionati in precedenza svolgono un ruolo nella ripartizione e rimozione di xenobiotici potenzialmente tossici. La metilfeniltetraidropiridina N-monoossigenasi (EC1.13.12.11) e l’albendazolo monoossigenasi (EC1.14.13.32, l’albendazolo è un farmaco antielmintico benzimidazolico) sono ulteriori enzimi microsomiali che aiutano l’eliminazione di xenobiotici complessi.
Controllo della conformità: Una dose più grande di quella normalmente consumata (ad esempio, 28 mg) di riboflavina aggiunta a cibi o liquidi aiuta a determinare se i soggetti dello studio hanno consumato l’intera quantità prescritta. Tali grandi quantità di riboflavina sono quasi completamente escrete attraverso le urine e possono essere facilmente misurate con un test fluorometrico (Switzer et al., 1997; Ramanujam et al., 2011).