Historik, syntes och funktion av (NAD +) Nicotinamid adenindinukleotid

ß-Nikotinamid adenindinukleotid (NAD +) är ett slags koenzym som överför protoner (mer exakt, vätejoner). Det förekommer i många metaboliska reaktioner från celler. NADH eller mer exakt NADH + H + är dess reduktionsform, med högst två protoner (skrivna som NADH + H +), och dess standardelektrodpotential är -0,32V.

NAD + är ett koenzym av dehydrogenas, såsom alkoholdehydrogenas (ADH), som används för att oxidera etanol. Det spelar en ersättningsbar roll i glykolys, glukoneogenes, trikarboxylsyracykel och andningskedja. Mellanprodukten överför det borttagna väte till NAD, vilket gör det till NAD + H +.

NAD + H + kan användas som vätebärare för att syntetisera ATP genom kemisk genomträngningskoppling i elektronöverföringskedjan.

När det gäller absorption har NADH en absorptionstopp vid 260 nm respektive 340 nm, medan NAD + endast har en absorptionstopp vid 260 nm, vilket är ett viktigt attribut för att skilja de två. Detta är också den fysiska basen för att mäta metabolism i många metaboliska experiment. Absorptionskoefficienten för NADH vid 260 nm är 1,78x104l / (mol · cm), medan den för NADH vid 340nm är 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo kan NAD syntetiseras från enkla byggstenar och aminosyratryptofan eller asparaginsyra. Istället tas mer komplexa kombinationer av enzymer från mat, ett vitamin som kallas niacin. Liknande föreningar frisätts genom reaktionen av sönderdelning av NAD-strukturen. Dessa prefabricerade komponenter återvinns sedan till en aktiv form genom en återvinningskanal. Vissa NAD: er omvandlas också till nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADP); detta relaterade koenzym liknar i kemisk sammansättning som NAD, men har olika roller i ämnesomsättningen. I metabolism deltar NAD + i redoxreaktioner och transporterar elektroner från en reaktion till en annan. Därför förekommer koenzym i två former i celler: NAD + är en oxidant som kan ta emot elektroner från andra molekyler. Reaktionen bildar NADH, som sedan kan användas som reduktionsmedel för att ge elektroner. Dessa elektronöverföringsreaktioner är huvudfunktionerna i NAD. Emellertid används det också i andra cellprocesser, särskilt på ett enzymsubstrat som lägger till eller tar bort kemiska grupper från ett protein. På grund av vikten av dessa funktioner har det visat sig att NAD-metaboliserande enzymer är målet för läkemedel. Även om den positiva laddningen av NAD + på en specifik kväveatom är skriven i superskriptets plustecken, i de flesta fall av fysiologiskt pH, är det faktiskt en enda laddningsanjon (negativ laddning är 1), medan NADH är en anjon med dubbla laddningar.

Historia

Koenzym NAD + upptäcktes först av de brittiska biokemisterna Arthur Hadden och William John Young 1906. De noterade att tillsatsen av kokta och filtrerade jästextrakt påskyndade etanolfermentationen i det ospolade jästsextraktet. De kommer att producera denna effekt okänd faktor för "co-fermentation." Genom långvarig och svår rening av jästextrakt identifierades den termostabila faktorn som nukleotidsockerfosfat av eucheppie. 1936 visade Otto Heinrich Voorburg, en tysk forskare, funktionen av nukleotidkoenzym vid hydridöverföring och identifierade nikotinamid som en redoxplats [1].

Koncentration och tillstånd i celler

I råttelevern är den totala mängden NAD + och NADH cirka 1 mikromol per gram våtvikt, vilket är ungefär 10 gånger koncentrationen av NADP + och NADPH i samma cell. [2] Den faktiska koncentrationen av NAD + i cytosoler är svår att mäta. Nyligen genomförda studier har visat att det är cirka 0,3 mm i djurceller och 1,0-2,0 mm i jäst. [3] Mer än 80% av NADH-fluorescensen i mitokondrier är emellertid bindande form, så koncentrationen i lösningen är mycket lägre. Data är begränsade i andra studieceller, även om koncentrationen av NAD + i mitokondrier är lik den i cytoplasma. [4] Denna NAD + transporteras in i mitokondrier av specifika membrantransportörer eftersom koenzym inte kan diffundera genom membranet. [5]

Balansen mellan nikotinamid adenindinukleotid i redoxformen kallas NAD + / NADH-förhållandet. Detta förhållande är en viktig del av det så kallade redoxtillståndet hos celler, vilket återspeglar cellens metaboliska aktivitet och hälsotillstånd. [6] Effekten av NAD + / NADH-förhållandet är komplex och styr aktiviteten hos flera viktiga enzymer. I friska däggdjursvävnader är förhållandet mellan fri NAD + och NADH i cytoplasma vanligtvis cirka 700; därför är detta förhållande främjande för oxidativ respons. [7] Andelen totala NAD + / NADH är mycket lägre och det uppskattade intervallet däggdjur är 3-10. Däremot är NADP + / NADPH-förhållandet vanligtvis cirka 0,005, så NADPH är huvudformen för detta koenzym. Dessa olika förhållanden är nyckeln till olika metabolism av NADH och NADPH.

biosyntes

NAD + syntetiseras genom två metaboliska vägar: Återvinning av NAD + genom att kombinera befintliga komponenter såsom nikotinamid eller de novo-syntes av aminosyror. De flesta organismer syntetiserar NAD + från enkla komponenter. Den specifika reaktionsuppsättningen varierar mellan organismer, men det vanliga är produktionen av kinolinsyra (QA) mellan aminosyratryptofan i djur och asparaginsyra i vissa bakterier eller vissa bakterier och växter. [8] Kinolinsyra omvandlades till nikotinsyra-mononukleotid (namn) genom överföring av disackariden av fosfat. Adenylatdelen överförs sedan för att bilda nikotinatadinindinukleotid (NAD). Slutligen omvandlas nikotinsyradelen av NAD till nikotinamiddel (NAM) för att bilda NAD +. Vidare kommer en del NAD + att konverteras till NADP +, fosforylerad NAD + av NAD + kinase. I de flesta organismer använder enzymet ATP som en väg för att bilda fosfatgrupper. Även om flera bakterier, såsom Mycobacterium tuberculosis och thermophilic archaea, använder oorganiskt polyfosfat som en alternativ fosfatgivare [9].

Reparationsväg

Förutom att sätta ihop NAD + från en enkel aminosyra-föregångare, återvinner cellen också föreningar som innehåller pyridinbas. De tre vitaminprekursorerna som används i denna reparationsmetabolism är niacin, niacinamid och Anya ribose. Dessa föreningar kan tas från kosten, kallad vitamin B3 eller niacin. Dessa föreningar produceras emellertid också i celler och genom NAD + -smältning. Vissa av de enzymer som är involverade i dessa saneringsvägar verkar vara koncentrerade i kärnan, vilket kan kompensera för NAD + -förbrukningen i organellen. Åtgärdssvar är väsentligt hos människor; brist på niacin i kosten orsakar vitaminbrist hudsjukdom. [10] I redoxreaktionen från NAD + kommer cirkulationen mellan oxidations- och reduktionsformer inte att förändra den totala nivån av koenzym, så det stora behovet av NAD + är den ständiga förbrukningen av koenzym i reaktionen.

Mikroorganismer använder olika sätt att sanera än däggdjur. [11] Vissa patogener, såsom Candida cerevisiae och Haemophilus influenzae, är näringsbristtyper av NAD +, så de kan inte syntetisera NAD +, men de har också korrigerande användningar, så de förlitar sig på främmande NAD + eller andra föregångare. Vad som är mer överraskande är att Chlamydia trachomatis, den intracellulära patogenen, saknar biosyntes av NAD + och NADP +, eller någon igenkänd kandidat av gener, och måste få dessa koenzym från sin värd.

Effekt

NAD + spelar flera viktiga roller i ämnesomsättningen. Det fungerar som ett koenzym i redoxreaktionen som efterkroppen för ADP-ribosdelen i ADP-ribosyleringsreaktionen, som föregångaren till den andra messenger-molekylen cyklisk ADP-ribos, och som substrat för bakteriell DNA-ligas och grupp, kallas det det tysta enzymet, som använder NAD + för att ta bort acetylgruppen från proteinet. Förutom metabolisk funktion visas NAD + som adeninnukleotider, som spontant kan frigöra celler genom regleringsmekanismer, så att det kan spela en viktig extracellulär roll. [12]

NAD + är en energiförsörjande molekyl som finns i varje cell i kroppen, som används för att metabolisera, konstruera nya celler, motstå fria radikaler och DNA-skador och skicka signaler i celler. Det gör mitokondrier att konvertera maten vi äter till den energi som vår kropp behöver för att upprätthålla alla dess funktioner. Det finns också ett behov av att "stänga av" gener som påskyndar åldringsprocessen. NAD + är livsviktig. Hälsa mitokondriell funktion är en viktig del av människors åldrande. Våra kroppar har förmågan att skapa NAD + av ingredienserna i maten vi äter. Experimentella djur- och mänskliga studier har visat att nivån av NAD + minskar betydligt med åldern. Denna nedgång ger oss större risk för neuromuskulär degeneration, minskad hjärtmetabolsk hälsa och reparation och elasticitet. Forskare från kända forskningsinstitutioner har studerat strategier för förbättring av NAD + som en behandling för åldrande relaterade degenerativa sjukdomar. Forskning visar att NAD + spelar en unik roll i muskel- och vävnadsskydd, men också förbättrar livscykeln. (Från wikipedia.org, sammanställt av

www.hsppharma.com)

Referens:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende fileteil von gärungsfermenten (pyridin-nukleotid)" [Pyridin, den väteöverförande komponenten i fermenteringsenzymerna (pyridinnukleotid)]. Biochemische Zeitschrift (på tyska). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Mätning av vävnad purin, pyrimidin och andra nukleotider genom radiell kompression högpresterande vätskekromatografi". Anal. Biochem. 140 (1): 162–71. doi: 10,1016 / 0003-2697 (84) 90148-9. PMID 6486402. ]

3.     ^ [Yang H, Yang T, Baur JA, Perez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA (2007). "Näringskänslig mitokondriell NAD + nivåer dikterar cellöverlevnad". Cell. 130 (6): 1095–107. ]

4.     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, Perez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Näringskänslig mitokondriell NAD ⁺ Nivåer dikterar cellöverlevnad . Cell. 2007, 130 (6): 1095–107. PMC 3366687 . PMID 17889652 . doi: 10.1016 / j.cell.2007.07.035 .

5.     ^ [Todisco S, Agrimi G, Castegna A, Palmieri F (2006). "Identifiering av den mitokondriella NAD + -transportören i Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10,1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Redoxmiljön i cellen sett genom redoxtillståndet för paret glutationdisulfid / glutation". Gratis Radic Biol Med. 30 (11): 1191–212. doi: 10,1016 / S0891-5849 (01) 00.480-4. PMID 11368918. ]

7.     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). "Reglering av korepressorfunktion med nukleär NADH". Vetenskap. 295 (5561): 1895–7. doi: 10,1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Tidiga steg i biosyntesen av NAD i Arabidopsis börjar med aspartat och inträffar i plasten". Växtfysiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Fri tillgängligt. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Karakterisering av Mycobacterium tuberculosis NAD-kinas: funktionell analys av enzym i full längd genom platsriktad mutagenes". Biokemi. 43 (23): 7610–7. doi: 10,1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niacin". Annu. Pastor Nutr. 3: 289–307. doi: 10,1146 / annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003). "Rekonstruera eukaryotisk NAD-metabolism". BioEssays. 25 (7): 683–90. doi: 10,1002 / bies.10297. PMID 12815723. ]

12. ^ [Billington RA, Bruzzone S, De Flora A, Genazzani AA, Koch-Nolte F, Ziegler M, Zocchi E (2006). "Emerging features of extracellular pyridine nucleotides". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10,2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Fri tillgängligt. PMID 17380199 ]