История, синтез и функция на (NAD +) никотинамид аденин динуклеотид

β-Никотинамид аденин динуклеотид (NAD +) е вид коензим, който предава протони (по-точно водородни йони). Той се появява в много метаболитни реакции на клетките. NADH или по-точен NADH + H + е неговата редукционна форма, носеща най-много два протона (написани като NADH + H +), а стандартният му електроден потенциал е -0.32V.

NAD + е коензим на дехидрогеназа, като алкохолна дехидрогеназа (ADH), която се използва за окисляване на етанола. Той играе незаменима роля в гликолизата, глюконеогенезата, цикъла на трикарбоксилната киселина и дихателната верига. Междинният продукт ще предаде отстранения водород на NAD, превръщайки го в NAD + H +.

NAD + H + може да се използва като носител на водород за синтезиране на АТФ чрез химическо проникване на съединение във веригата за пренос на електрон.

По отношение на абсорбцията, NADH има пик на абсорбция съответно при 260 nm и 340 nm, докато NAD + има само пик на абсорбция при 260 nm, което е важен атрибут за разграничаване на двете. Това е и физическата основа за измерване на метаболитната скорост в много метаболитни експерименти. Коефициентът на абсорбция на NADH при 260 nm е 1,78x104l / (mol · cm), докато този на NADH при 340nm е 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo, NAD може да се синтезира от прости градивни елементи и аминокиселина триптофан или аспарагинова киселина. Вместо това от храната се приемат по-сложни комбинации от ензими, витамин, наречен ниацин. Подобни съединения се отделят чрез реакцията на разлагане на NAD структурата. След това тези сглобяеми компоненти се рециклират в активна форма чрез канал за рециклиране. Някои NAD също се превръщат в никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP); този свързан коензим е подобен по химичен състав с NAD, но има различна роля в метаболизма. В метаболизма NAD + участва в редокс-реакции, пренасяйки електрони от една реакция в друга. Следователно коензимите съществуват в две форми в клетките: NAD + е окислител, който може да приема електрони от други молекули. Реакцията образува NADH, който след това може да се използва като редуктор за даване на електрони. Тези реакции на пренос на електрони са основните функции на NAD. Въпреки това, той се използва и в други клетъчни процеси, най-вече субстрата на ензим, който добавя или премахва химични групи от протеин. Поради значението на тези функции се установява, че метаболизиращите ензими на НАД са цел на лекарствата. Въпреки че положителният заряд на NAD + върху специфичен азотен атом е написан в надценка плюс знак, в повечето случаи физиологичното рН всъщност е анион с едно зареждане (отрицателен заряд е 1), докато NADH е анион с двоен заряд.

история

Коензим NAD + е открит за пръв път от британските биохимици Артър Хадън и Уилям Джон Йънг през 1906 г. Те отбелязват, че добавянето на варени и филтрирани екстракти от дрожди значително ускорява ферментацията на етанол в екстракта от маслена мая. Те ще произведат този неизвестен фактор за "ко ферментация". Чрез дългосрочното и трудно пречистване на екстракта от дрожди термостабилният фактор е идентифициран като нуклеотиден захарен фосфат от евчепи. През 1936 г. Ото Хайнрих Ворбург, немски учен, показва функцията на нуклеотидния коензим при прехвърляне на хидриди и идентифицира никотинамида като редокс сайт [1].

Концентрация и състояние в клетките

В черния дроб на плъхове общото количество на NAD + и NADH е около 1 микромол на грам мокро тегло, което е около 10 пъти по-голяма от концентрацията на NADP + и NADPH в една и съща клетка. [2] Действителната концентрация на NAD + в цитозолите е трудно да се измери. Последните проучвания показват, че той е около 0,3 mm в животинските клетки и 1,0-2,0 mm в дрождите. [3] Въпреки това, повече от 80% от флуоресценцията на NADH в митохондриите е свързваща форма, така че концентрацията в разтвора е много по-ниска. Данните са ограничени в други изследвания клетки, въпреки че концентрацията на NAD + в митохондриите е подобна на тази в цитоплазмата. [4] Този NAD + се пренася в митохондриите от специфични мембранни транспортери, тъй като коензимите не могат да дифундират през мембраната. [5]

Балансът между никотинамид-аденин-динуклеотид в окислително-окислителна форма се нарича съотношението NAD + / NADH. Това съотношение е важна част от така нареченото редокс състояние на клетките, което отразява метаболитната активност и здравословното състояние на клетките. [6] Ефектът от съотношението NAD + / NADH е сложен и контролира активността на няколко ключови ензима. В здравите тъкани на бозайници съотношението на свободен NAD + към NADH в цитоплазмата обикновено е около 700; следователно, това съотношение е благоприятно за окислителна реакция. [7] Делът на общия NAD + / NADH е много по-нисък, а прогнозният обхват на бозайниците е 3-10. За разлика от тях, съотношението NADP + / NADPH обикновено е около 0,005, така че NADPH е основната форма на този коензим. Тези различни съотношения са ключът към различния метаболизъм на NADH и NADPH.

биосинтеза

NAD + се синтезира по два метаболитни пътя: Рециклиране на NAD + чрез комбиниране на съществуващи компоненти като никотинамид или de novo синтез на аминокиселини. Повечето организми синтезират NAD + от прости компоненти. Специфичният набор от реакции варира между организмите, но общата характеристика е производството на хинолинова киселина (QA) между аминокиселина триптофан при животни и аспарагинова киселина в някои бактерии или някои бактерии и растения. [8] Хинолиновата киселина се трансформира в мононуклеотид на никотинова киселина (namn) чрез прехвърляне на дизахарид на фосфат. След това аденилатната част се прехвърля, за да образува никотинат аденинов динуклеотид (NAD). И накрая, никотиновата киселина част от NAD се превръща в никотинамидна (NAM) част, за да образува NAD +. Освен това някои NAD + ще бъдат превърнати в NADP +, фосфорилирани NAD + от NAD + киназа. В повечето организми ензимът използва АТФ като път за образуване на фосфатни групи. Въпреки че няколко бактерии, като Mycobacterium tuberculosis и термофилна архея, използват неорганичен полифосфат като алтернативен донор на фосфати [9].

Ремонт на пътеката

В допълнение към сглобяването на NAD + от обикновен аминокиселинен предшественик, клетката възстановява и съединения, съдържащи пиридинова основа. Трите прекурсори на витамини, използвани при тези възстановителни метаболизми, са ниацин, ниацинамид и рибаза Аня. Тези съединения могат да се приемат от диетата, наречени витамин В3 или ниацин. Тези съединения обаче се произвеждат също в клетки и чрез NAD + храносмилане. Някои от ензимите, участващи в тези пътища за възстановяване, изглежда са концентрирани в ядрото, което може да компенсира нивото на консумация на NAD + в органелата. Отзвучителната реакция е от съществено значение при хората; дефицитът на ниацин в диетата причинява недостиг на витамин по кожата. [10] При редокс-реакцията на NAD +, циркулацията между окислителните и редукционните форми няма да промени общото ниво на коензим, така че голямото търсене на NAD + е постоянната консумация на коензим в реакцията.

Микроорганизмите използват различни начини за възстановяване от бозайниците. [11] Някои патогени като Candida cerevisiae и Haemophilus influenzae са дефицит на хранителни вещества от NAD +, така че те не могат да синтезират NAD +, но имат и лечебно приложение, така че разчитат на чужди NAD + или други прекурсори. Още по-изненадващо е, че Chlamydia trachomatis, вътреклетъчният патоген, няма биосинтеза на NAD + и NADP +, или който и да е разпознаваем кандидат на гени и трябва да получи тези коензими от своя гостоприемник.

ефект

NAD + играе няколко важни роли в метаболизма. Той действа като коензим в окислително-редукционната реакция като последното тяло на частта на ADP рибозата в реакцията на рибозилиране на ADP, като предшественик на втората циклична молекула на ADP рибоза на пратеника и като субстрат на бактериалната ДНК лигаза и група, тя се нарича безшумният ензим, който използва NAD + за отстраняване на ацетилната група от протеина. В допълнение към метаболитната функция, NAD + се появява като аденинови нуклеотиди, които могат да освободят спонтанно клетките чрез регулаторни механизми, така че може да играе важна извънклетъчна роля. [12]

NAD + е молекула, осигуряваща енергия, намираща се във всяка клетка на тялото, която се използва за метаболизиране, конструиране на нови клетки, устойчивост на свободни радикали и увреждане на ДНК и изпращане на сигнали в клетките. Тя дава възможност на митохондриите да преобразуват храната, която ядем, в енергията, от която тялото ни се нуждае, за да поддържа всички свои функции. Необходима е също така "изключване" на гени, които ускоряват процеса на стареене. NAD + е жизненоважен за живота. Здравата митохондриална функция е важна част от стареенето на човека. Телата ни имат способността да направят NAD + от съставките в храната, която ядем. Експерименталните изследвания върху животни и хора са показали, че нивото на NAD + намалява значително с възрастта. Този спад ни излага на по-голям риск от нервно-мускулна дегенерация, намалено сърдечно метаболитно здраве и възстановяване и еластичност. Учени от известни изследователски институции изучават стратегиите за повишаване на NAD + като лечение на стареещи дегенеративни заболявания. Изследванията показват, че NAD + играе уникална роля в защитата на мускулите и тъканите, но също така подобрява жизнения цикъл. (От wikipedia.org, съставен от

www.hsppharma.com)

справка:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). „Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (пиридин-нуклеотид)“ [Pyridin, водородно пренасящ компонент на ферментационните ензими (нуклеотид на пиридин)]. Biochemische Zeitschrift (на немски). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Измерване на тъкан пурин, пиримидин и други нуклеотиди чрез високоефективна течна хроматография с радиална компресия". 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). „Чувствителен към хранителни вещества митохондриален NAD + нива диктат на оцеляване на клетките“. 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. Чувствителен към хранителни вещества митохондриален NAD ⁺ нива диктат на оцеляване на клетките . 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). "Идентификация на митохондриалния NAD + транспортер в Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. DOI: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). „Редокс среда на клетката, гледана през редукс състоянието на двойката глутатион дисулфид / глутатион“. Безплатни 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). "Регулиране на функцията на ядрото чрез ядрен NADH". Science. 295 (5561): 1895–7. DOI: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). „Ранните стъпки в биосинтезата на НАД при арабидопсис започват с аспартат и възникват в Пластида“. Растителна физиол. 141 (3): 851–7. Дой: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Свободен достъп. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). „Характеристика на NAD киназа на Mycobacterium tuberculosis: функционален анализ на ензима в цяла дължина чрез мутагенеза, насочена към място“. Биохимия. 43 (23): 7610–7. Дой: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Хендерсън Л. М. (1983). "Ниацин". Annu. Преподобна 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). „Реконструиране на еукариотичен метаболизъм на НАД“. 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). „Възникващи функции на извънклетъчните пиридинови нуклеотиди“. Mol Med. 12 (11–12): 324–7. Дой: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Свободен достъп. PMID 17380199 ]