NAD よりも酸化還元電位の高い電子運搬体 FAD:
構造、機能、NAD との違いなど

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2018/01/24 更新

概要: FAD とは

フラビンアデニンジヌクレオチド (flavin adenine dinucleotide, FAD) は、酸化還元反応における補酵素 coenzyme の一種である (1)。図のような構造を持つ (2)。

一般に酵素と強く結合しており、解離しにくい (1)。

NAD と同じく電子の運搬体として働く。反応に関わるのは、左上の環が 3 つ並んだ部分である (5)。ビタミンである riboflavin の誘導体である。

構造が異なるのはもちろんだが、次のような重要な違いがあり、それに応じた使い分けがなされている。

NAD は 2 つの H を同時に引き抜き、自分が NADH になりつつ水素イオン H⁺ を放出する (3)。

FAD は 2 つの H を 1 個ずつ引き抜き FADH₂ となる (3)。

NAD による脱水素は、基質の末端からと補酵素 or リン酸など反応に関与する他の分子の末端から、というように別の場所からそれぞれ一つずつの水素を引き抜く形になる場合が多い (4)。
FAD の脱水素は、基質の同じ辺りの単純な部位から 2 つの H を引き抜くような場合が主である (4)。

NAD 系の酸化還元電位は -320 mV と低く、異化代謝系で比較的大きなエネルギーが解放される場合に、酵素に利用されて反応に共役し脱水素する (4)。

FAD 系の酸化還元電位は -219 mV で NAD 系より少し高く、開放エネルギーが少なく NAD が使えないような反応で脱水素する (4)。

TCA 回路の第 3 の酸化反応で FAD が使われる。この反応を触媒する酵素は、コハク酸デヒドロゲナーゼである。

コハク酸 + FAD → フマル酸 + FADH₂

FAD が使われるのは、この反応の自由エネルギーが、NAD⁺ を還元するのに不十分なため。ここから続く一連の酸化、水和、酸化という反応は、メチル基 CH₃ をカルボキシル基 C=O に変換するときによく使われる反応で、以下のβ 酸化の際にも似たような反応が起こる。

脂肪酸の β 酸化は、ミトコンドリアおよびペルオキシソームという異なるオルガネラで起こるが、いずれの場合も第一ステップが脂肪酸からの脱水素である。つまり水素と電子の受け取り手が必要になり、ミトコンドリアでは FAD が、ペルオキシソームでは酸素分子が使われる。

酸素分子の酸化還元電位は約 +810 mM であり、FAD よりもずっと電子を受け取りやすい。かなり乱暴な酸化反応である。

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このサイトでは、私が持っている 1987 年の第 4 版を引用していることが多い。1998 年に第 5 版が発行されている。

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補酵素. 福岡大学サーバーにあるサイト. Link.
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Berg et al. Biochemistry: 使っているのは 6 版ですが 7 版を紹介しています。