As flavoproteínas están implicadas nunha gran variedade de procesos biolóxicos, incluíndo a eliminación de radicais contribuíndo ao estrés oxidativo, a fotosíntese e a reparación do ADN. As flavoproteínas son unha das familias de encimas máis estudadas.
As flavoproteínas poden ter como cofactor o FMN ou o FAD, que funcionan como grupos prostéticos. A flavina está xeralmente estreitamente unida (como na adrenodoxina redutase, na que o FAD está profundamente dentro da proteína).[1]
Un 5-10% das flavoproteínas teñen un FAD unido covalentemente.[2] Baseándose nos datos estruturais dispoñibles, os sitios de unión do FAD poden dividirse en máis de 200 tipos diferentes.[3]
No xenoma humano están codificadas unhas 90 flavoproteínas; un 84% utiliza FAD e un 16% FMN, e hai 5 proteína que requiren ambos.[4] As flavoproteínas están principalmente localizadas nas mitocondrias.[4] De todas as flavoproteínas, o 90% realiza reaccións redox e o outro 10% son transferases, liases, isomerases ou ligases.[5]
Descubrimento
As flavoproteínas foron mencionadas por primeira vez en 1879, cando se illou un pigmento amarelo brillante do leite de vaca. Inicialmente foi denominado lactocromo. A inicios da década de 1930, este mesmo pigmento foi illado de diversas fontes e recoñecido como compoñente do complexo da vitamina B. Determinouse a súa estrutura da que se informou en 1935 e déuselle o nome de riboflavina, derivado da cadea lateral ribitil e da súa cor amarela (flavus) do sistema do anel conxugado.[6]
A primeira evidencia da necesidade de flavina como cofactor encimático obtívose en 1935. Hugo Theorell e colegas demostraron que unha proteína de lévedo de cor amarela brillante, identificada previamente como esencial para a respiración celular, podía separarse nunha apoproteína e un pigmento amarelo brillante. Nin a proteína nin o pigmento podían por separado catalizar a reacción de oxidación do NADH, pero mesturando os dous recuperábase a actividade encimática. Porén, substituír o pigmento illado por riboflavina non restauraba a actividade encimática, a pesar de seren indistinguibles en espectroscopia. Isto levou ao descubrimento de que a proteína estudada non requiría riboflavina senón flavín mononucleótido para ser cataliticamente activa.[6][7]
As propiedades espectroscópicas do cofactor de flavina convérteno nun marcador natural dos cambios que se producen no sitio activo, o que converte ás flavoproteínas nunha das familias de encimas máis estudadas.
A estrutura de aneis fusionados dos nucleótidos de flavina (o anel de isoaloxazina) redúcese de maneira reversible, aceptando un ou dous electróns en forma dun ou dous átomos de hidróxeno (cada átomo consiste nun electrón máis un protón) desde un substrato reducido.[1] As formas completamente reducidas abrévianse FMNH2 e FADH2. Cando un nucleótido de [lavina totalmente oxidado acepta só un electrón (un átomo de hidróxeno), prodúcese a forma semiquinona do anel de isoaloxazina, orixinando FADH• e FMNH•.
Debido a que os nucleótidos de flavina teñen unha especialización química algo diferente dos coencimas de nicotinamida (a capacidade de participaren tanto en trasferencia dun coma de dous electróns), as flavoproteínas interveñen nunha maior variedade de reaccións que as deshidroxenases ligadas a NAD(P).
Equilibrio químico entre a forma oxidada (esquerda) e a forma reducida (dereita) da flavina.
Igual que os coencimas de nicotinamida, cando se reducen os nucleótidos de flavina experimentan un desprazamento dunha das bandas de absorción principais, que tamén é útil para os bioquímicos que desexan seguir reaccións nas que interveñen estes coencimas. As flavoproteínas totalmente reducidas (que aceptaron dous electróns) teñen xeralmente un máximo de absorción preto de 360 nm. Cando están parcialmente reducidas (cun electrón) adquiren outro máximo de absorción a 450 nm; cando están totalmente oxidadas, a flavina ten un máximo entre 370 e 440 nm.
O nucleótido de flavina na maioría das flavoproteínas está unido fortemente á proteína, e nalgunhas encimas, tales como a succinato deshidroxenase, está unida covalentemente. Estes coencimas fortemente unidos denomínanse propiamente grupos prostéticos. Non trasfiren electróns difundindo desde un encima a outro; en lugar diso, proporcionan un medio polo cal a flavoproteína pode reter temporalmente electróns mentres cataliza a trasferencia de electróns desde un substrato reducido a un aceptor de electróns.
[10][11][12]
Características das flavoproteínas
Unha característica importante das flavoproteínas é a variabilidade no potencial estándar de oxidorredución (E’º) do nucleótido de flavina ligado. A forte asociación entre a parte proteica do encima e o grupo prostético confire ao anel de flavina un potencial de redución típico daquela flavoproteína en particular, que é ás veces é moi diferente do potencial de oxidorredución do nucleótido de flavina libre.
O FAD unido á succinato deshidroxenase, por exemplo, posúe un E’º próximo a 0,0 V, en comparación cos -0,219 V do FAD libre. O E’º para outras flavoproteínas vai desde -0,40 V a +0,06 V. As flavoproteínas son frecuentemente moi complexas; algunhas teñen, ademais dun nucleótido de flavina; ións inorgánicos fortemente unidos (ferro ou molibdeno, por exemplo) que poden participar en trasferencias de electróns.
Certas flavopoteínas actúan exercendo un papel moi diferente como receptores de luz. Os criptocromos son unha familia de flavoproteínas amplamente distribuída entre os eucariotas que interveñen nos efectos da luz azul sobre o desenvolvemento das plantas e, no caso dos mamíferos, os efectos da luz sobre os ritmos circadianos (oscilacións en fisioloxía e bioquímica cun período de 24 horas). Son homólogos doutra familia proteica de bacterias e eucariotas, as fotoliases, que utilizan a enerxía absorbida da luz para reparar defectos do ADN.[10][13]
Segundo a estrutura dos seus sitios de unión, as flavoproteinas que se unen ao FAD poden clasificarse en máis de 200 tipos.[14]
Notas
↑ 1,01,1Hanukoglu I (2017). "Conservation of the Enzyme-Coenzyme Interfaces in FAD and NADP Binding Adrenodoxin Reductase-A Ubiquitous Enzyme". Journal of Molecular Evolution85 (5): 205–218. PMID29177972. doi:10.1007/s00239-017-9821-9.
↑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(en inglés)84 (11): 1728–1747. ISSN1097-0134. PMID27580869. doi:10.1002/prot.25158.
↑Theorell, H. (1935). "Preparation in pure state of the effect group of yellow enzymes". Biochemische Zeitschrift275: 344–46.
↑Warburg, O.; Christian, W. (1938). "Isolation of the prosthetic group of the amino acid oxydase". Biochemische Zeitschrift298: 150–68.
↑Christie, S. M. H.; Kenner, G. W.; Todd, A. R. (1954). "Nucleotides. Part XXV. A synthesis of flavin?adenine dinucleotide". Journal of the Chemical Society: 46–52. doi:10.1039/JR9540000046.
↑ 10,010,1David L. Nelson, Michael M. Cox, Claudi M.Cuchillo; Lehninger - Principios de Bioquímica; cuarta edición (2005); editorial Omega; ISBN 84-282-1410-7
↑Trudy McKee, James R. McKee; Bioquímica - La base molecular de la vida; terceira edición (2003); editorial McGraw Hill; ISBN 84-486-0524-1
↑Werner Müller-Esterl; Bioquímica - Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida; primeira edición (2008); editorial Reverté; ISBN 978-84-291-7393-2
↑Christopher K. Mathews, K. E. van Holde,Kevin G. Ahern; Bioquímica, terceira edición (2002); editorial Addison Wesley; ISBN 84-7829-053-2
O menú "science" do programa STRAP proporciona unha completa colección de todas as flavoproteínas con estrutura 3D coñecida. Compara as estruturas das proteínas para dilucidar as súas relacións filoxenéticas.
