{"id":1601,"date":"2020-04-30T09:33:24","date_gmt":"2020-04-30T07:33:24","guid":{"rendered":"http:\/\/bioclips.info\/?page_id=1601"},"modified":"2020-05-04T17:47:09","modified_gmt":"2020-05-04T15:47:09","slug":"coenzyme-der-flavinproteine","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/bioclips.info\/?page_id=1601","title":{"rendered":"Flavoproteine &#8211; Coenzyme FMN und FAD"},"content":{"rendered":"\n<p style=\"background-color:#f0f0f0\" class=\"has-background\">Die meisten wasserstoff\u00fcbertragenden Enzyme nutzen Nicotinamidnucleotide (NAD<sup>+<\/sup>, NADP<sup>+<\/sup>) als Cofaktoren (Coenzym, Cosubstrat) f\u00fcr die Wasserstoff\u00fcbertragung. Das Enzymprotein (Apoenzym) und sein Coenzym gehen nur zum &#8222;Be- und Entladen&#8220; eine Verbindung (Holoenzym) ein. <br>Auch die nicht so h\u00e4ufig vorkommenden Flavoproteine bew\u00e4ltigen die Wasserstoff\u00fcbertragung. Im Gegensatz zu den Nicotinamidnucleotiden kann sich bei den Flavoproteinen der Cofaktor nicht vom Enzymprotein l\u00f6sen. Es ist als prosthetische Gruppe meistens \u00fcber Wasserstoffbr\u00fccken oder hydrophobe Wechselwirkungen (Nebenvalenzen) mit dem Protein verbunden, auch kovalente Bindungen sind m\u00f6glich, wenn auch seltener. Das gelbe Riboflavin ist ein zentraler Baustein der prosthetischen Gruppe, es enth\u00e4lt die reaktive Gruppe, das Redoxsystem. <br>Das Molek\u00fcl muss als Vitamin der B<sub>2<\/sub>-Gruppe mit der Nahrung aufgenommen werden. Riboflavinmangel kann Entz\u00fcndungformen der Haut und An\u00e4mie zur Folge haben.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"25\" height=\"25\" class=\"wp-image-961\" style=\"width: 25px;\" src=\"http:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/favicon.jpg\" alt=\"\" srcset=\"https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/favicon.jpg 512w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/favicon-150x150.jpg 150w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/favicon-300x300.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 25px) 100vw, 25px\" \/> Worum gehts?<\/h2>\n\n\n\n<ol><li>Was sind Flavoproteine und was ist das besondere an ihrem &#8222;Coenzymen&#8220;?<\/li><li>Wie unterscheiden sich Coenzyme und wie verl\u00e4uft die enzymatische Reaktion bei der Wasserstoff\u00fcbertragung?<\/li><li>Die Glucose &#8211; Oxidase (GOD) enth\u00e4lt das Coenzym FAD als prosthetische Gruppe. Wie l\u00e4sst sich mit diesem Enzym der Blutzuckerspiegel bestimmen?<\/li><\/ol>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Flavoproteine<\/h2>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"550\" height=\"400\" src=\"https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fad-image.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-1655\" srcset=\"https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fad-image.jpg 550w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fad-image-300x218.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 550px) 100vw, 550px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<ul><li>sind Enzymproteine, in denen der Cofaktor eines der Flavonucleotide FMN oder FAD fest im Molek\u00fcl verankert ist (prosthetische Gruppe).<\/li><li>geh\u00f6ren zu den Oxidoreduktasen und k\u00f6nnen somit in oxidierter und reduzierter Form vorliegen: Kontrolle von Redoxreaktionen.<\/li><li>sind bei einer Vielzahl von Reaktionen beteiligt, wie z.B. die Vermittlung der Wasserstoff- und Elektronen\u00fcbertragung zwischen Citratzyklus und Atmungskette durch die Succinat-Dehydrogenase oder NAD-Dehydrogenase (Mehr dazu weiter unten).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Flavonucleotide&#8230;<\/h3>\n\n\n\n<ul><li>bilden die prosthetische Gruppe der Flavoproteine.<\/li><li>enthalten Riboflavin (Vitamin der B<sub>2<\/sub>-Gruppe) als Bestandteil des Cofaktors mit dem Redoxsystem.<\/li><li>Riboflavin &#8211; 5\u00b4- phosphat (Flavomononucleotid; FMN) kommt eher selten vor.<\/li><li>Die meisten Flavoproteine enthalten Flavin-adenin-dinucleotid (FAD).<\/li><li>Das reversible Redoxsystem (reaktive Gruppe) ist ein Isoalloxazin-System, das drei Zust\u00e4nde einnehmen kann:<ul><li>Chinon: oxidierter Zustand (siehe Abbildung)<\/li><li>Semichinon: 1e<sup>&#8211;<\/sup>&nbsp;aufgenommen<\/li><li>Hydrochinon: 2e<sup>&#8211;<\/sup>&nbsp;und 2H<sup>+&nbsp;<\/sup>aufgenommen (reduziertes Flavin).<\/li><\/ul><\/li><li>Das Enzymprotein kann zwei Flavingruppen (z.B.: Glucose-Oxidase, GOD) pro Molek\u00fcl enthalten: durch die Wechselwirkung zwischen den Gruppen kann der Semichinonzustand stabilisiert werden.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Flavinmononucleotid (FMN) als prosthetische Gruppe der NADH-Q-Oxidoreduktase<\/h2>\n\n\n\n<ul><li>Die NADH-Q-Oxidoreduktase (auch NADH &#8211; Dehydrogenase, Komplex I) katalysiert das Einschleusen der Elektronen vom NADH in die Atmungskette.<\/li><li>Der Proteinkomplex enth\u00e4lt Flavinmononucleotid als prosthetische Gruppe.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed-youtube wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Enzym Flavinmononucleotid (FMN)\" width=\"644\" height=\"362\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/DdZZFvLEz7E?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p>Das Flavinmononucleotid (FMN) \u00fcbernimmt zwei Elektronen in Form eines Hydridions (H<sup>&#8211;<\/sup>&nbsp;= 1H<sup>+<\/sup>&nbsp;+ 2e<sup>&#8211;<\/sup>) von NADH. Das FMNH<sup>&#8211;&nbsp;<\/sup>kann weiter zum FMNH<sub>2<\/sub>&nbsp;protonisiert werden. Dabei wird NADH + H<sup>+<\/sup>&nbsp;zu NAD<sup>+&nbsp;<\/sup>oxidiert.<\/p>\n\n\n\n<p>Vom FMNH<sub>2<\/sub>&nbsp;werden anschlie\u00dfend die beiden Elektronen \u00fcber ein semichinonartiges Intermediat auf eine Kette von Eisen-Schwefel-Zentren (FeS, Eisen-Schwefel-Cluster) \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n<p>Eine solche Umschaltung von Zwei-Elektronen-Donor auf einen Ein-Elektronen-Akzeptor ist die charakteristische Aufgabe von FMN und FAD.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Elektronen flie\u00dfen \u00fcber eine Kette von Eisen-Schwefel-Zentren und werden auf das lipohile Ubichinon (Coenzm Q) \u00fcbertragen, welches in der inneren Mitochondrienmembran schwimmt.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Flavin &#8211; adenin &#8211; dinucleotid (FAD) als prosthetische Gruppe der Succinat-Q-Reduktase<\/h2>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed-youtube wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Flavin-adenin-dinucleotid (FAD)\" width=\"644\" height=\"362\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/ZPgkR3fellA?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p>Die Succinat-Q-Reduktase ist als Komplex II Bestandteil der Atmungskette und damit als integrales Protein fest in der inneren Mitochondrienmembran verankert. Der Komplex II \u00fcbertr\u00e4gt Elektronen und H+ auf das Coenzym Q (Ubiochinon) ohne dabei Protonen in den Membranzwischenraum zu pumpen.<\/p>\n\n\n\n<p>Der Enzymkomplex II besteht aus 4 Proteinuntereinheiten, wobei zwei dieser Proteine das Enzym Succinat-Dehydrogenase bilden. Die Dehydrogenase enth\u00e4lt FAD als prosthetische Gruppe, die kovalent mit einem Histidinrest des Proteins verbunden ist.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Enzym bindet auf der Matrixseite Succinat und katalysiert hier die Umsetzung zu Fumarat, wobei FADH<sub>2<\/sub>&nbsp;entsteht.<\/p>\n\n\n\n<p>Der Enzym ist das einzige membranintegrierte Enzym, das am Citratzyklus beteiligt ist. Es schleust gleichzeitig \u00fcber FADH<sub>2<\/sub>&nbsp;Elektroen und Protonen in die Atumgskette ein ohne dabei Protonen in den Intermembranraum des Mitochondriums zu \u00fcberf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n<p>FADH<sub>2<\/sub>&nbsp;wird in der Atumgskette oxidiert.<\/p>\n\n\n\n<p>Im Enzym-Komplex befinden sich weiterhin Eisen-Schwefel-Zentren (Eisen-Schwefel-Cluster), die die Elektronen zum Coenzym Q (Ubichinon) weiterleiten. Sie fungieren hier als Elektronendonator.<object width=\"550\" height=\"400\">F<\/object><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">F<object width=\"550\" height=\"400\">AD als prosthetische Gruppe der Glucose &#8211; Oxidase (GOD)<\/object><\/h2>\n\n\n\n<p>Aktuell sind etwa 6 Millionen Menschen in Deutschland an Diabetes erkrankt. Das sind mehr als 9 % der erwachsenen Bev\u00f6lkerung. Die Dunkelziffer liegt wahrscheinlich h\u00f6her, da sich die Krankheit schleichend entwickelt.<\/p>\n\n\n\n<p>Betroffene Personen sind darauf angewiesen, ihren Blutzuckerspiegel genau zu kontrollieren. Die Glucosekonzentration im Blut direkt zu bestimmen ist schwierig, da Glucose farblos ist und deshalb nicht opitsch bestimmt werden kann. Deshalb kommt das Enzym Glucose-Oxidase (GOD) zum Einsatz. GOD oxidiert unter Sauerstoffverbrauch Beta-D-Glucose zu Gluconolacton. Der Sauerstoff wird dabei zu Wasserstoffperoxid reduziert. Durch die Substratspezifik des Enzyms wird im Blut ausschlie\u00dflich Beta-D-Glucose umgesetzt, so dass sich \u00fcber das Produkt Wasserstoffperoxid die Blutzuckermenge bestimmen l\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed-youtube wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"FAD als prosthetische Gruppe von GOD (Glucose-Oxidase)\" width=\"644\" height=\"362\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/OQ3fh629vJs?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p>Bei der Reaktion werden zwei Elektronen und zwei Protonen \u00fcber die prosthetische Gruppe FAD von der Glucose auf Sauerstoff \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n<p>In einer einzigen Sekunde setzt das Enzym 900 C<sub>6<\/sub>H<sub>12<\/sub>O<sub>2<\/sub>&nbsp;und O<sub>2<\/sub>&nbsp;um.<\/p>\n\n\n\n<p>Es entsteht Gluconolacton und Wasserstoffperoxid. Auch Wasserstoffperoxid l\u00e4sst sich optisch nicht sichtbar machen.<\/p>\n\n\n\n<p>Deshalb kommt ein weiteres Enzym zum Einsatz, die Meerrettich &#8211; Peroxidase, die unter Verwendung von Wasserstoffperoxid ein farbloses Substrat in ein farbiges Produkt oxidiert. Die Konzentration des farbigen Produkts kann nun durch den optischen Test nach Warbug festgestellt werden.<object width=\"550\" height=\"400\"><\/object><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"25\" height=\"25\" class=\"wp-image-1327\" style=\"width: 25px;\" src=\"http:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/Pfeil.jpg\" alt=\"\" srcset=\"https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/Pfeil.jpg 512w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/Pfeil-300x300.jpg 300w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/Pfeil-150x150.jpg 150w\" sizes=\"(max-width: 25px) 100vw, 25px\" \/> Weiterf\u00fchrende Literatur<\/h2>\n\n\n\n<ol><li>M\u00fcller-Esterl, Werner: Biochemie &#8211; Eine Einf\u00fchrung f\u00fcr Mediziner und Naturwissenschaftler.- 2. Auflage.- Spektrum Akademischer Verlag.- Heidelberg 2011<\/li><li>Renneberg, Reinhard:&nbsp;Bioanalytik f\u00fcr Einsteiger.- Spektrum Akademischer Verlag.- Heidelberg 2009<\/li><li>Stryer, Lubert; Tymoczko, John L.; Berg, Jeremy M.:&nbsp;Biochemie.- 7. Auflage.- Springer Verlag.- Berlin Heidelberg 2013<\/li><\/ol>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"25\" height=\"25\" class=\"wp-image-1421\" style=\"width: 25px;\" src=\"http:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fuesse2.jpg\" alt=\"\" srcset=\"https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fuesse2.jpg 512w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fuesse2-300x300.jpg 300w, https:\/\/bioclips.info\/wp-content\/uploads\/2020\/04\/fuesse2-150x150.jpg 150w\" sizes=\"(max-width: 25px) 100vw, 25px\" \/> Auf dem Lernpfad<\/h2>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/bioclips.info\/?page_id=1609\">ATP &#8211; die Energiew\u00e4hrung in Zellen<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die meisten wasserstoff\u00fcbertragenden Enzyme nutzen Nicotinamidnucleotide (NAD+, NADP+) als Cofaktoren (Coenzym, Cosubstrat) f\u00fcr die Wasserstoff\u00fcbertragung. 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