Functie
FAD in flavoproteïnen: De meeste menselijke flavoproteïnen bevatten een of meer los gebonden FAD-moleculen. In enkele specifieke gevallen is de 8-alfa-methylgroep van FAD covalent verbonden met een peptidylresidu. Enzymen met een histidylgebonden FAD zijn onder meer succinaatdehydrogenase (EC1.3.5.1), diverse acyl-CoA-dehydrogenases en polyamineoxidase (EC1.5.3.11). In zowel monoamine oxidase A als B (EC1.4.3.4) is de 8-alfa methylgroep van FAD gekoppeld aan een S-cysteinyl residu.
Oxidatieve fosforylering: Het complex I van mitochondriaal respiratoir elektronentransport (NADH dehydrogenase, EC1.6.99.3) bevat een 42-kD subeenheid met FAD als prosthetische groep, en een 51-kD subeenheid (flavoproteïne l) met FMN. Complex 11 (succinate ubiquinone dehydrogenase, EC1.3.5.1) bevat één covalent gebonden FAD.
FAD-bevattende NAD(P) transhydrogenases gebruiken de reducerende equivalenten voor ATP-gekoppelde protonpomping over het binnenste mitochondriale membraan. De mitochondriale component van de glycerolfosfaatshuttle, het FAD-enzym glycerol 3-P dehydrogenase (EC1.1.99.5), werkt samen met een cytoplasmatisch glycerol 3-P dehydrogenase (dat geen flavine bevat) om reductie-equivalenten uit de cytoplasmatische glycolyse over te brengen naar de mitochondriën.
Glutathion-gekoppelde reacties: Talrijke flavoproteïnen helpen het intracellulaire redoxpotentiaal in stand te houden en beschermen zwavelverbindingen tegen oxidatie. Een belangrijk voorbeeld is het alomtegenwoordige cytoplasmatische glutathionreductase (EC1.6.4.2), dat FAD en NADPH gebruikt om geoxideerd glutathion te reduceren. De procentuele toename van de in vitro enzymactiviteit in rode bloedcellen na toevoeging van FAD wordt algemeen gebruikt als indicator voor de riboflavine-status; een grotere activiteit wijst op onvolledige verzadiging van de FAD-bindingsplaatsen van het enzym en dus op een slechtere riboflavine-status. De rol van de FAD-enzymen glutathion-oxidase (EC1.8.3.3) en CoA-glutathion-reductase (EC1.6.4.6) moet verder worden onderzocht.
Redoxreacties: NADPH-ferrihemoproteïne reductase (EC1.6.2.4) is een FAD-bevattend enzym dat heem-thiolaat-afhankelijke monooxygenases reduceert, zoals het aspecifieke monooxygenase (EC1.14.14.1), dat deel uitmaakt van het microsomale hydroxylerende systeem. Het lijkt ironisch dat dit laatste enzym op zijn beurt een deel van de vrije riboflavine inactiveert door de metabolieten 7-hydroxymethylriboflavine en 8-hydroxymethylriboflavine te genereren. Een ander microsomaal flavo-enzym dat betrokken is bij de redoxreactie is NADPH-cytochroom c2-reductase (EC1.6.2.5).
Intermediair metabolisme: D-2-hydroxy-zuur dehydrogenase (EC1.1.99.6) metaboliseert hydroxyzuren, waaronder (R)-lactaat.
Vetzuren beta-oxidatie: Drie verschillende mitochondriale vetzuurdehydrogenases oxideren acyl-CoA van verschillende ketenlengte. Naarmate een vet acyl-CoA met een lange keten tijdens bèta-oxidatiecycli achtereenvolgens korter wordt, kan het juiste enzym het overnemen, te beginnen met acyl-CoA-dehydrogenase met lange keten (EC1.3.99.13), tot acyl-CoA-dehydrogenase (EC1.3.99.3), en tenslotte naar butyryl-CoA-dehydrogenase (EC1.3.99.2).
Deze enzymen bezitten een covalent N(5)-gekoppeld FAD en gebruiken het FAD-bevattende elektron-transfer flavoproteïne (ETF) als elektronenacceptor. ETF wordt vervolgens gereduceerd door ETF:ubiquinone oxidoreductase (EC1.5.5.1), waarbij ubiquinol wordt gevormd voor gebruik in de ademhalingsketen. Peroxisomale beta-oxidatie daarentegen gebruikt slechts één enkel, FAD-afhankelijk acyl-CoA-oxidase (EC1.3.3.6) voor ketenlengtes tussen 18 en 8 en gebruikt ETF niet als acceptor.
Lipidemetabolisme: Het FAD-houdende sfinganine-oxidase (waaraan geen EC-nummer is toegekend) is nodig voor de synthese van sfingosine voor een groot aantal fosfolipiden en andere complexe lipiden. FAD neemt ook deel aan de cholesterolsynthese als de prosthetische groep van squaleen-mono-oxygenase (EC1.14.99.7), dat de cyclisatie van squaleen initieert.
Vitaminemetabolisme: Bij het metabolisme van verschillende vitaminen zijn flavoproteïnen betrokken. Thioredoxine-reductase (EC1.6.4.5) regenereert gereduceerd glutathion, dat wordt gebruikt voor dehydroascorbaatreductie. Pyridoxamine-fosfaatoxidase (EC1.4.3.5) zet de vitamines B6 pyridoxine, pyridoxamine en pyridoxal om, evenals hun fosfaten.
Kynurenine 3-monoxygenase (EC1.14.13.9) is een sleutelenzym bij de vorming van nicotinaat uit tryptofaan. Het is bekend dat een gebrek aan riboflavine de toereikendheid van vitamine B6 vermindert. Het FAD-afhankelijke methyleentetrahydrofolaatreductase (EC1.5.1.20) is nodig voor de recycling van folaatmetabolieten; bij een vermindering van zijn activiteit is een hogere folaatinname nodig om een tekort te voorkomen. Vitamine B12 heeft drie flavo-enzymen nodig voor zijn metabolisme: cob(ll)alaminereductase (EC1.6.99.9), aquacobalaminereductase/NADPH (EC1.6.99.11), en aquacobalaminereductase/NADH (EC1.6.99.8). Retinaal dehydrogenase (EC1.2.1.36) is het enzym dat retinoïnezuur uit retinaal genereert. NADPH-dehydrogenase (EC1.6.99.6) en twee vormen van NAD(P)H-dehydrogenase (EC1.6.99.2) reactiveren vitamine K (dicoumarol inhibeerbaar) en zorgen tevens voor een belangrijke antioxidantbescherming.
Heme metabolisme: Protoporfyrinogeen-oxidase (EC1.3.3.4) aan de binnenste mitochondriale membraan bevat één FAD-deel per homodimeer. Protoporfyrinogeen-IX wordt geoxideerd tot protoporfyrine-IX, waarin ijzer vervolgens kan worden ingebracht door een ander (niet flavine-afhankelijk) enzym. NADPH-dehydrogenase (EC1.6.99.1) reduceert biliverdine tot bilirubine in de lever en kan ook bescherming bieden tegen oxidatieve schade.
Nucleotidemetabolisme: In de op twee na laatste stap van de pyrimidinesynthese genereert het FAD-houdende dihydroorotaatoxidase (EC1.3.3.1) orotaat. Xanthine dehydrogenase (EC1.1.3.22), dat FAD, molybdopterine, en ijzer-zwavel clusters bevat, katalyseert de laatste stap van purine katabolisme tot urinezuur.
Twee FAD enzymen die deelnemen aan choline katabolisme zijn dimethylglycine dehydrogenase (EC1.5.99.2) en sarcosine dehydrogenase (EC1.5.99.1). Polyamine-oxidase (EC1.5.3.11) is een van de twee belangrijkste enzymen in het polyaminekatabolisme.
Hormonen en celsignalering: De monoamine-oxidases A en B (EC1.4.3.4), die nodig zijn voor het katabolisme van adrenaline, noradrenaline, en serotonine, bevatten FAD. Stikstofmonoxide, dat inwerkt op bloedvaten en vele andere weefsels, wordt gegenereerd door verschillende vormen van stikstofmonoxide synthase (EC1.14.13.39, bevat FAD, FMN, heem, en biopterine). De synthese van steroïde hormonen is afhankelijk van ketosteroïde monoxygenase (EC1.14.13.54). Ferredoxine-NADP-reductase (adrenodoxine-reductase, EC1.18.1.2) bemiddelt de initiële elektronenoverdracht voor alle mitochondriale p450-systemen, waaronder die welke verantwoordelijk zijn voor de steroïdenhydroxylering 11-bèta in de bijnierschors en de 24-hydroxylering (inactivering) van vitamine D.
Detoxificatie: Verscheidene van de eerder genoemde flavo-enzymen spelen een rol bij de afbraak en verwijdering van potentieel toxische xenobiotica. Methylfenyltetrahydropyridine N-monooxygenase (EC1.13.12.11) en albendazol monooxygenase (EC1.14.13.32, albendazol is een benzimidazol-anthelminticum) zijn verdere microsomale enzymen die helpen bij de eliminatie van complexe xenobiotica.
Controle op de naleving: Een grotere dan normaal geconsumeerde dosis (bijv. 28 mg) riboflavine toegevoegd aan voedingsmiddelen of vloeistoffen helpt om te bepalen of proefpersonen de volledige voorgeschreven hoeveelheid hebben geconsumeerd. Dergelijke grote hoeveelheden riboflavine worden bijna volledig via de urine uitgescheiden en kunnen dan gemakkelijk worden gemeten met een fluorometrische assay (Switzer et al., 1997; Ramanujam et al., 2011).