Zgodovina, sinteza in delovanje (NAD +) nikotinamid adenin dinukleotida

β-nikotinamid adenin dinukleotid (NAD +) je neke vrste koencim, ki prenaša protone (natančneje vodikove ione). Pojavi se v številnih presnovnih reakcijah celic. NADH ali natančnejša NADH + H + je njena redukcijska oblika, ki vsebuje največ dva protona (napisana kot NADH + H +), njen standardni elektrodni potencial pa je -0,32V.

NAD + je koencim dehidrogenaza, kot je alkohol dehidrogenaza (ADH), ki se uporablja za oksidacijo etanola. Ima nenadomestljivo vlogo pri glikolizi, glukoneogenezi, ciklu trikarboksilne kisline in dihalni verigi. Vmesni spojnik bo odstranjen vodik prešel v NAD, tako da bo postal NAD + H +.

NAD + H + se lahko uporablja kot nosilec vodika za sintezo ATP s kemično prepustno spojko v verigi prenosa elektronov.

Glede absorpcije ima NADH absorpcijski vrh pri 260nm oziroma 340nm, medtem ko ima NAD + absorpcijski vrh le pri 260nm, kar je pomemben atribut za razlikovanje obeh. To je tudi fizična podlaga za merjenje hitrosti presnove v mnogih presnovnih poskusih. Absorpcijski koeficient NADH pri 260 nm je 1,78x104l / (mol · cm), medtem ko je NADH pri 340nm 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo lahko NAD sintetiziramo iz preprostih gradnikov in aminokisline triptofan ali asparaginske kisline. Namesto tega iz hrane jemljemo bolj zapletene kombinacije encimov, vitamina, imenovanega niacin. Podobne spojine se sprostijo z reakcijo razgradnje NAD strukture. Te montažne komponente se nato prek kanala za recikliranje reciklirajo v aktivno obliko. Nekateri NAD se pretvorijo tudi v nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP); ta sorodni koencim je po kemijski sestavi podoben NAD, vendar ima različno vlogo pri presnovi. Pri presnovi NAD + sodeluje v redoks reakcijah, prenaša elektrone iz ene reakcije v drugo. Zato v celicah obstajajo koencimi v dveh oblikah: NAD + je oksidant, ki lahko sprejema elektrone iz drugih molekul. Reakcija tvori NADH, ki jo lahko nato uporabimo kot redukcijsko sredstvo za dajanje elektronov. Te reakcije prenosa elektronov so glavne funkcije NAD. Vendar pa se uporablja tudi pri drugih celičnih procesih, predvsem substrat encima, ki dodaja ali odstranjuje kemijske skupine iz proteina. Zaradi pomembnosti teh funkcij je bilo ugotovljeno, da so metabolizatorji NAD tarča zdravil. Čeprav je pozitiven naboj NAD + na določenem atomu dušika napisan v nadnapisnem znaku plus, je v večini primerov fiziološki pH dejansko anion z enim nabojem (negativni naboj je 1), medtem ko je NADH anion z dvojnim nabojem.

Zgodovina

Koencim NAD + sta britanska biokemičara Arthur Hadden in William John Young prvič odkrila leta 1906. Opozorili so, da dodajanje kuhanih in filtriranih ekstraktov kvasovk znatno pospeši fermentacijo etanola v ekstraktu kvašenega kvasa. Ta učinek bo povzročil neznan dejavnik za "skupno fermentacijo". Skozi dolgotrajno in težko čiščenje ekstrakta kvasovk je bil eucheppie termostabilni faktor identificiran kot nukleotidni sladkorni fosfat. Leta 1936 je nemški znanstvenik Otto Heinrich Voorburg pokazal funkcijo nukleotidnega koencima pri prenosu hidridov in nikotinamid identificiral kot redoks mesto [1].

Koncentracija in stanje v celicah

V jetrih podgane je skupna količina NAD + in NADH približno 1 mikromol na gram mokre mase, kar je približno 10-krat večja koncentracija NADP + in NADPH v isti celici. [2] Dejansko koncentracijo NAD + v citozolih je težko izmeriti. Nedavne raziskave so pokazale, da je v živalskih celicah približno 0,3 mm, v kvasovkah pa 1,0-2,0 mm. [3] Vendar je več kot 80% fluorescence NADH v mitohondrijih vezavne oblike, zato je koncentracija v raztopini veliko nižja. Podatki so v drugih študijskih celicah omejeni, čeprav je koncentracija NAD + v mitohondrijih podobna koncentraciji v citoplazmi. [4] Ta NAD + se v mitohondrije prenese s specifičnimi membranskimi prenašalci, ker koencimi ne morejo difundirati skozi membrano. [5]

Ravnotežje med nikotinamid adenin dinukleotidom v redoks obliki se imenuje razmerje NAD + / NADH. To razmerje je pomemben del tako imenovanega redoks stanja celic, ki odraža presnovno aktivnost in zdravstveno stanje celic. [6] Učinek razmerja NAD + / NADH je kompleksen in nadzira aktivnost več ključnih encimov. V zdravih tkivih sesalcev je razmerje prostega NAD + in NADH v citoplazmi običajno približno 700; zato je to razmerje ugodno za oksidativni odziv. [7] Delež skupnih NAD + / NADH je precej nižji, ocenjeni obseg sesalcev pa je 3-10. V nasprotju s tem je razmerje NADP + / NADPH običajno približno 0,005, zato je NADPH glavna oblika tega koencima. Ta različna razmerja so ključna za različne presnove NADH in NADPH.

biosinteza

NAD + se sintetizira po dveh presnovnih poteh: Recikliranje NAD + s kombiniranjem obstoječih komponent, kot je nikotinamid ali sinteza aminokislin de novo. Večina organizmov sintetizira NAD + iz preprostih komponent. Specifična reakcijska skupina se med organizmi razlikuje, vendar je skupna značilnost proizvodnje kinolinske kisline (QA) med aminokislinami triptofanom pri živalih in asparaginsko kislino v nekaterih bakterijah ali nekaterih bakterijah in rastlinah. [8] Kinoolna kislina se je s prenosom disaharida fosfata pretvorila v mononukleotid nikotinske kisline (namn). Del adenilata se nato prenese v tvorbo nikotinatnega adeninu dinukleotida (NAD). Končno se del nikotinske kisline NAD pretvori v nikotinamidni (NAM) del, da tvori NAD +. Poleg tega se bo nekaj NAD + pretvorilo v NADP +, fosforilirano NAD + z NAD + kinazo. V večini organizmov encim uporablja ATP kot pot za tvorbo fosfatnih skupin. Čeprav več bakterij, kot sta Mycobacterium tuberculosis in termofilne arheje, uporablja anorganski polifosfat kot alternativni darovalec fosfata [9].

Popravilo poti

Poleg sestavljanja NAD + iz preprostega predhodnika aminokislin celica pridobiva tudi spojine, ki vsebujejo piridinsko bazo. Trije prekurzorji vitaminov, ki se uporabljajo pri teh popravljalnih presnovah, so niacin, niacinamid in riboza Anya. Te spojine lahko jemljemo iz prehrane, imenovane vitamin B3 ali niacin. Vendar pa se te spojine proizvajajo tudi v celicah in s prebavo NAD +. Nekateri encimi, ki sodelujejo v teh sanacijskih poteh, so videti koncentrirani v jedru, kar lahko kompenzira raven porabe NAD + v organeli. Rešitveni odziv je bistven pri ljudeh; pomanjkanje niacina v prehrani povzroča kožno bolezen, ki ima pomanjkanje vitamina. [10] V redoks reakciji NAD + kroženje med oksidacijskimi in redukcijskimi oblikami ne bo spremenilo splošne ravni koencima, zato je veliko povpraševanje po NAD + konstantna poraba koencima v reakciji.

Mikroorganizmi uporabljajo drugačne načine sanacije kot sesalci. [11] Nekateri povzročitelji bolezni, kot sta Candida cerevisiae in Haemophilus influenzae, so vrste NAD + s pomanjkanjem hranil, zato ne morejo sintetizirati NAD +, imajo pa tudi sanacijo, zato se zanašajo na tuje NAD + ali druge predhodnike. Še bolj presenetljivo je, da Chlamydia trachomatis, medcelični patogen, nima biosinteze NAD + in NADP + ali katerega koli prepoznavnega kandidata genov, in mora te koencime pridobiti od svojega gostitelja.

Učinek

NAD + igra več pomembnih vlog pri presnovi. Deluje kot koencim v redoks reakciji kot zaseda del ADP riboze v reakciji ribozilacije ADP, kot predhodnik druge ciklične ADP riboze molekule molekule, in kot substrat bakterijske ligaze in skupine bakterijske DNA se imenuje tihi encim, ki uporablja NAD + za odstranjevanje acetilne skupine iz beljakovin. Poleg presnovne funkcije se NAD + pojavlja kot adeninski nukleotidi, ki lahko spontano sprostijo celice prek regulativnih mehanizmov, tako da lahko igra pomembno zunajcelično vlogo. [12]

NAD + je molekula za zagotavljanje energije, ki jo najdemo v vsaki celici telesa, ki se uporablja za presnovo, konstrukcijo novih celic, odpornost prostih radikalov in poškodb DNK ter pošiljanje signalov v celicah. Mitohondriji omogoča pretvorbo hrane, ki jo zaužijemo, pretvoriti v energijo, ki jo naše telo potrebuje za ohranitev vseh svojih funkcij. Treba je tudi "izklopiti" gene, ki pospešujejo proces staranja. NAD + je življenjsko pomemben. Zdrava funkcija mitohondrijev je pomemben del staranja ljudi. Naša telesa so sposobna narediti NAD + iz sestavin v hrani, ki jo zaužijemo. Poskusne raziskave na živalih in ljudeh so pokazale, da se raven NAD + s starostjo občutno zmanjšuje. Zaradi tega upada se povečamo tveganje za živčno-mišično degeneracijo, zmanjšano srčno presnovno zdravje ter popravljanje in elastičnost. Znanstveniki iz znanih raziskovalnih institucij preučujejo strategije izboljšanja NAD + kot zdravljenje starejših degenerativnih bolezni. Raziskave kažejo, da ima NAD + edinstveno vlogo pri zaščiti mišic in tkiv, hkrati pa izboljšuje življenjski cikel. (Iz wikipedia.org, sestavil ga

www.hsppharma.com)

Referenca:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridin-nukleotid)" [Piridin, sestavina fermentacijskih encimov, ki prenaša vodik (nukleotid piridina)]. Biochemische Zeitschrift (v nemščini). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Merjenje tkivnega purina, pirimidina in drugih nukleotidov z visoko zmogljivo tekočinsko kromatografijo z radialno kompresijo". Analno. 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). "Prehitro preživetje mitohondrijskih NAD + nivojev diktatskih celic preživetja". Celica. 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. Mitohondrijski NAD ⁺ občutljivi na hranljive snovi Niti ⁺ Diktirajo preživetje celic . Celica. 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). "Identifikacija mitohondrijskega transporterja NAD + v Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Okolje celice Redox, gledano skozi redoks stanje glutaionskega disulfida / glutationa para". Brezplačno 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). "Regulacija delovanja jedrnega tlaka z jedrsko NADH". Znanost. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / znanost.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Zgodnji koraki v biosintezi NAD pri Arabidopsisu se začnejo z aspartatom in se pojavijo v plastidi". Rastlinski fiziol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Dodobno dostopen. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Karakterizacija NAD kinaze Mycobacterium tuberculosis: funkcionalna analiza encima v celotni dolžini z mutagenezo usmerjene na mesto". Biokemija. 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). "Obnova evkariontskega metabolizma NAD". Bioeseje. 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). "Nastajajoče funkcije zunajceličnih piridinskih nukleotidov". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Prodno dostopno. PMID 17380199 ]