(NAD +) nikotinamid adenin-dinukleotid története, szintézise és működése

A β-nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD +) egyfajta koenzim, amely protoneket (pontosabban hidrogénionokat) továbbít. A sejtek számos anyagcsere-reakciójában megjelenik. A NADH vagy pontosabb NADH + H + redukciós formája, legfeljebb két protont hordozva (NADH + H + -ként írva), és a standard elektróda potenciálja -0,32V.

A NAD + egy dehidrogenáz koenzim, például alkoholdehidrogenáz (ADH), amelyet az etanol oxidálására használnak. Pótolhatatlan szerepet játszik a glikolízisben, a glükoneogenezisben, a trikarbonsav-ciklusban és a légzési láncban. A közbenső termék átadja az eltávolított hidrogént a NAD-nek, így NAD + H + -vá alakul.

A NAD + H + hidrogénhordozóként használható az ATP szintéziséhez az elektronátviteli lánc kémiai permeációs csatolásán keresztül.

Ami az abszorpciót illeti, a NADH abszorpciós csúcsa 260 nm és 340 nm, míg a NAD + abszorpciós csúcsa csak 260 nm, ami fontos tulajdonság a kettő megkülönböztetésére. Ez a metabolikus sebesség mérésének fizikai alapja számos metabolikus kísérletben. A NADH abszorpciós együtthatója 260 nm-nél 1,78x104l / (mol · cm), míg a NADH abszorpciós együtthatója 340 nm-nél 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo a NAD szintetizálható egyszerű építőelemekből és aminosavból, triptofánból vagy aszparaginsavból. Ehelyett az enzimek bonyolultabb kombinációit veszik az ételekből, egy niacin nevű vitamint. Hasonló vegyületek szabadulnak fel a NAD szerkezet bomlásának reakciójával. Ezeket az előregyártott alkatrészeket ezután újrahasznosító csatornán keresztül újrahasznosítják. Néhány NAD-t nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfáttá (NADP) is alakítanak; ez a rokon koenzim kémiai összetételében hasonló a NAD-hez, de eltérő szerepet játszik az anyagcserében. Az anyagcserében a NAD + részt vesz redox reakciókban, elektronokat hordozva az egyik reakcióból a másikba. Ezért a koenzimek két formában léteznek a sejtekben: A NAD + egy olyan oxidálószer, amely más molekulák elektronjait képes elfogadni. A reakció során NADH képződik, amelyet redukálószerként felhasználhatunk elektronok előállításához. Ezek az elektronátviteli reakciók a NAD fő funkciói. Ugyanakkor más sejtfolyamatokban is felhasználják, nevezetesen egy enzim szubsztrátjára, amely hozzáadja vagy eltávolítja a fehérje kémiai csoportjait. Ezen funkciók fontossága miatt megállapítást nyert, hogy a NAD metabolizáló enzimek a gyógyszerek célpontjai. Bár a NAD + pozitív töltését egy adott nitrogénatomon a felülíró pluszjel írja, a legtöbb esetben a fiziológiai pH valójában egy töltésű anion (negatív töltés 1), míg a NADH egy dupla töltésű anion.

Történelem

Az NAD + koenzimet először Arthur Hadden és William John Young brit biokémikus fedezte fel 1906-ban. Megfigyelték, hogy a főtt és szűrt élesztőkivonatok hozzáadása jelentősen felgyorsította az etanol fermentációját a be nem főtt élesztő extraktumban. Ezt a hatást ismeretlen tényezővel fogják eredményezni a "együtterjedéshez". Az élesztőkivonat hosszú távú és nehéz tisztításán keresztül a hőstabil tényezőt nukleotid cukor-foszfátként azonosították az eucheppie. 1936-ban Otto Heinrich Voorburg német kutató kimutatta a nukleotid koenzim funkcióját a hidrid átadásában, és a nikotinamidot redox helyként azonosította [1].

Koncentráció és állapot a sejtekben

Patkánymájban a NAD + és a NADH teljes mennyisége körülbelül 1 mikromól / g nedves tömeg, ami körülbelül 10-szerese a NADP + és NADPH koncentrációjának ugyanabban a sejtben. [2] A NAD + tényleges koncentrációját citoszolokban nehéz megmondani. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy körülbelül 0,3 mm az állati sejtekben és 1,0-2,0 mm az élesztőben. [3] A mitokondriumokban a NADH fluoreszcencia több mint 80% -a kötő forma, tehát az oldatban a koncentráció sokkal alacsonyabb. Más vizsgálati sejtekben korlátozott az adat, bár a NAD + koncentrációja a mitokondriumokban hasonló a citoplazmában. [4] Ezt a NAD + -ot speciális membrán transzporterek szállítják a mitokondriumokba, mivel a koenzimek nem képesek diffundálni a membránon. [5]

A nikotinamid adenin-dinukleotid közötti egyensúlyt redox formában NAD + / NADH aránynak nevezzük. Ez az arány a sejtek úgynevezett redox állapotának fontos része, amely tükrözi a sejtek metabolikus aktivitását és egészségi állapotát. [6] A NAD + / NADH arány hatása összetett, és számos kulcsfontosságú enzim aktivitását szabályozza. Egészséges emlős szövetekben a citoplazmában a szabad NAD + és a NADH aránya általában körülbelül 700; ezért ez az arány elősegíti az oxidatív választ. [7] A teljes NAD + / NADH aránya jóval alacsonyabb, és az emlősök becsült tartománya 3-10. Ezzel szemben a NADP + / NADPH arány általában körülbelül 0,005, tehát ennek a koenzimnek a fő formája a NADPH. Ezek a különböző arányok kulcsa a NADH és a NADPH eltérő metabolizmusának.

bioszintézis

A NAD + két metabolikus úton szintetizálódik: Az NAD + újrahasznosítása meglévő komponensek, például nikotinamid kombinálásával vagy aminosavak de novo szintézisével. A legtöbb organizmus a NAD + -ot szintetizálja egyszerű komponensekből. A specifikus reakciókészlet az organizmusokonként eltérő, de a közös vonás az kinolinsav (QA) előállítása az állatokban alkalmazott triptofán aminosav és egyes baktériumok, illetve egyes baktériumok és növények aszparaginsav között. [8] A kinolinsavat a foszfát diszacharidjának átvitelével nikotinsav mononukleotiddá (namn) alakították át. Az adenilát részt ezután átviszik nikotinát adenin-dinukleotiddá (NAD). Végül a NAD nikotinsav részét nikotinamid (NAM) részré alakítják, hogy NAD + -ot képezzen. Ezenkívül néhány NAD + NADP + -vá alakul, amelyet NAD + kináz foszforilált NAD + -vá alakít. A legtöbb szervezetben az enzim az ATP-t használja foszfátcsoportok kialakításának útjává. Bár számos baktérium, például a Mycobacterium tuberculosis és a termofil archaea, alternatív foszfát donorként szervetlen polifoszfátot alkalmaznak [9].

Javítási út

Amellett, hogy az NAD + -ot egy egyszerű aminosav prekurzorból állítja össze, a sejt visszanyeri a piridin bázist tartalmazó vegyületeket is. Az ezekben a helyreállítási anyagcserékben alkalmazott három vitamin prekurzor a niacin, a niacinamid és az anya ribóz. Ezeket a vegyületeket az étrendből lehet kivenni, úgynevezett B3-vitamin vagy niacin. Ezeket a vegyületeket a sejtekben és a NAD + emésztéssel is előállítják. Az ezekben a helyreállítási útvonalakban részt vevő enzimek egy része a sejtmagban koncentrálódik, ami kompenzálja a NAD + fogyasztás szintjét az organellekben. A helyreállító válasz elengedhetetlen az embereknél; a niacin hiánya az étrendben vitaminhiányos bőrbetegséget okoz. [10] A NAD + redox reakciójában az oxidációs és redukciós formák közötti keringés nem változtatja meg a koenzim általános szintjét, tehát a NAD + magas igénye a folyamatban lévő koenzim állandó fogyasztása.

A mikroorganizmusok másféle gyógymódot alkalmaznak, mint az emlősök. [11] Néhány kórokozó, például a Candida cerevisiae és a Haemophilus influenzae, a NAD + tápanyaghiányos típusai, tehát nem képesek szintetizálni a NAD + -ot, de gyógyító alkalmazásuk is van, így idegen NAD + -ra vagy más prekurzorokra támaszkodnak. Sőt, ami meglepő, hogy a Chlamydia trachomatis-ban, az intracelluláris kórokozóban nincs NAD + és NADP +, vagy bármilyen felismerhető génjelölt bioszintézise, és ezeket a koenzimeket be kell szereznie a gazdajától.

Hatás

A NAD + számos fontos szerepet játszik az anyagcserében. Koenzimként működik a redox reakcióban, mint az ADP ribóz részének utótest az ADP ribosilációs reakcióban, mint a második hírvivő molekula ciklikus ADP ribóz prekurzora, valamint a bakteriális DNS ligáz és csoport szubsztrátjaként a néma enzim, amely NAD + -ot használ az acetilcsoport eltávolítására a fehérjéből. A metabolikus funkción kívül a NAD + adenin nukleotidként jelenik meg, amelyek szabályozó mechanizmusok révén spontán módon felszabadíthatják a sejteket, így fontos extracelluláris szerepet játszhatnak. [12]

A NAD + a test minden sejtjében megtalálható energiát szolgáltató molekula, amelyet metabolizálásra, új sejtek felépítésére, a szabad gyököknek és a DNS károsodásoknak való ellenállásra, valamint a sejtekben jelek küldésére használnak. Lehetővé teszi a mitokondriumoknak, hogy az általunk fogyasztott ételt energiává alakítsák, amely testünknek szüksége van minden funkciójának fenntartására. Szükség van "kikapcsolni" azokat az géneket is, amelyek felgyorsítják az öregedési folyamatot. A NAD + létfontosságú az élethez. Az egészséges mitokondriális funkció az emberi öregedés fontos része. Testünk képesek arra, hogy NAD + -ot készítsen az általunk táplált étel összetevőiből. A kísérleti állatokon és embereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a NAD + szintje az életkorral jelentősen csökken. Ez a hanyatlás nagyobb kockázatot jelent a neuromuscularis degeneráció, a szív metabolikus egészségi állapotának, valamint a javulás és a rugalmasság kockázatának. A híres kutatóintézetek tudósai a NAD + fejlesztési stratégiáit vizsgálták az öregedéssel kapcsolatos degeneratív betegségek kezelésére. A kutatások azt mutatják, hogy a NAD + egyedülálló szerepet játszik az izmok és szövetek védelmében, de javítja az életciklusot is. (A wikipedia.org oldalról, összeállította

www.hsppharma.com)

Referencia:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridin-nukleotid)" [Pyridin, a fermentációs enzimek hidrogénátadó komponense (piridin nukleotid)]. Biochemische Zeitschrift (német nyelven). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Szövet purin, pirimidin és más nukleotidok mérése sugárirányú kompressziós nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával". Anális. 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, Ca Ca R, Sauve AA, Sinclair DA (2007). "Tápanyag-érzékeny mitokondriális NAD + szintek diktálják a sejtek túlélését". Sejt. 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, Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Tápanyag-érzékeny mitokondriális NAD ⁺ szintek diktálják a sejtek túlélését . Sejt. 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). "A mitokondriális NAD + transzporter azonosítása Saccharomyces cerevisiae-ben". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10,1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "A sejt redoxi környezete a glutation-diszulfid / glutation-pár redox állapotán keresztül". Ingyenes Radic Biol Med. 30 (11): 1191–212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7.     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). Msgstr "A magkompresszor funkciójának szabályozása nukleáris NADH által". Tudomány. 295 (5561): 1895–7. doi: 10,1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Az NAD bioszintézisének korai lépései az Arabidopsisban aszpartáttal kezdődnek, és a plaztidban előfordulnak". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10,1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Könnyen elérhető. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "A Mycobacterium tuberculosis NAD kináz jellemzése: a teljes hosszúságú enzim funkcionális elemzése helyspecifikus mutagenezissel". Biokémia. 43 (23): 7610–7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983)]. "Niacin". Annu. Rev. 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). "Az eukarióta NAD anyagcserének rekonstruálása". 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). "Az extracelluláris piridin nukleotidok kialakuló funkciói". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10,2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Mennyeen elérhető. PMID 17380199 ]