(NAD +) nikotinamido adenino dinukleotido istorija, sintezė ir funkcija

β-nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD +) yra savotiškas kofermentas, perduodantis protonus (tiksliau, vandenilio jonus). Tai pasireiškia daugelyje metabolinių ląstelių reakcijų. NADH arba tikslesnis NADH + H + yra jo redukcijos forma, turinti ne daugiau kaip du protonus (užrašytus kaip NADH + H +), o jo standartinis elektrodo potencialas yra –0,32V.

NAD + yra dehidrogenazės kofermentas, toks kaip alkoholio dehidrogenazė (ADH), naudojama etanoliui oksiduoti. Jis vaidina nepakeičiamą vaidmenį glikolizėje, gliukoneogenezėje, trikarboksirūgšties cikle ir kvėpavimo grandinėje. Tarpinis produktas perduos pašalintą vandenilį NAD, padarydamas jį NAD + H +.

NAD + H + gali būti naudojamas kaip vandenilio nešiklis sintetinti ATP per cheminę prasiskverbimo jungtį elektronų perdavimo grandinėje.

Kalbant apie absorbciją, NADH absorbcijos smailė yra atitinkamai 260 nm ir 340 nm, o NAD + absorbcijos smailė yra tik 260 nm, o tai yra svarbus požymis norint atskirti du. Tai taip pat yra fizinis pagrindas medžiagų apykaitos greičiui matuoti atliekant daugelį medžiagų apykaitos eksperimentų. NADH absorbcijos koeficientas esant 260 nm yra 1,78x104l / (mol · cm), tuo tarpu NADH absorbcijos koeficientas, esant 340 nm, yra 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo NAD gali būti sintetinamas iš paprastų statybinių blokų ir aminorūgšties triptofano arba asparto rūgšties. Vietoj to iš maisto imami sudėtingesni fermentų deriniai - vitaminas, vadinamas niacinu. Panašūs junginiai išsiskiria reaguojant NAD struktūrai. Tuomet šie surenkamieji komponentai perdirbimo kanalu perdirbami į aktyvią formą. Kai kurie NAD taip pat virsta nikotinamido adenino dinukleotido fosfatu (NADP); šio susijusio koenzimo cheminė sudėtis yra panaši į NAD, tačiau metabolizmo vaidmuo skiriasi. Metabolizmo metu NAD + dalyvauja redokso reakcijose, pernešdamas elektronus iš vienos reakcijos į kitą. Todėl kofermentai ląstelėse egzistuoja dviejų formų: NAD + yra oksidantas, galintis priimti elektronus iš kitų molekulių. Reakcija suformuoja NADH, kuri vėliau gali būti naudojama kaip reduktorius elektronams gauti. Šios elektronų perdavimo reakcijos yra pagrindinės NAD funkcijos. Tačiau jis naudojamas ir kituose ląstelių procesuose, ypač fermento substrate, kuris prideda arba pašalina chemines grupes iš baltymo. Dėl šių funkcijų svarbos nustatyta, kad NAD metabolizuojantys fermentai yra narkotikų taikinys. Nors teigiamas NAD + krūvis ant konkretaus azoto atomo yra parašytas viršutiniu pliuso ženklu, daugeliu atvejų fiziologinis pH iš tikrųjų yra vieno krūvio anijonas (neigiamas krūvis yra 1), o NADH yra dvigubo krūvio anijonas.

Istorija

Koenzimą NAD + pirmą kartą atrado britų biochemikai Arthuras Haddenas ir Williamas Johnas Youngas 1906 m. Jie pažymėjo, kad virtų ir filtruotų mielių ekstraktų pridėjimas žymiai pagreitino etanolio fermentaciją nesušaldytuose mielių ekstraktuose. Jie sukels šį nežinomą „bendro fermentavimo“ veiksnį. Ilgalaikį ir sunkų mielių ekstrakto valymą atliekant eucheppie, termiškai stabilus faktorius buvo nustatytas kaip nukleotidinis cukraus fosfatas. 1936 m. Vokiečių mokslininkas Otto Heinrichas Voorburgas parodė nukleotido koenzimo funkciją perduodant hidridą ir nikotinamidą nustatė kaip redokso vietą [1].

Koncentracija ir būsena ląstelėse

Žiurkės kepenyse bendras NAD + ir NADH kiekis yra apie 1 mikromolį gramo šlapio svorio, tai yra maždaug 10 kartų daugiau nei NADP + ir NADPH koncentracija toje pačioje ląstelėje. [2] Sunku išmatuoti tikrąją NAD + koncentraciją citozoliuose. Naujausi tyrimai parodė, kad gyvūnų ląstelėse jis yra apie 0,3 mm, o mielėse - apie 1,0–2,0 mm. [3] Tačiau daugiau nei 80% NADH fluorescencijos mitochondrijose yra rišamoji forma, todėl koncentracija tirpale yra daug mažesnė. Kitose tyrimo ląstelėse duomenų yra nedaug, nors NAD + koncentracija mitochondrijose yra panaši kaip citoplazmoje. [4] Šis NAD + yra pernešamas į mitochondrijas specifiniais membranų pernešėjais, nes kofermentai negali difuzuoti per membraną. [5]

Redokso formos nikotinamido adenino dinukleotido pusiausvyra vadinama NAD + / NADH santykiu. Šis santykis yra svarbi vadinamosios ląstelių redokso būsenos dalis, atspindinti ląstelių metabolinį aktyvumą ir sveikatos būklę. [6] NAD + / NADH santykis yra sudėtingas ir kontroliuoja kelių pagrindinių fermentų aktyvumą. Sveikų žinduolių audiniuose laisvojo NAD + santykis su NADH citoplazmoje paprastai yra apie 700; todėl šis santykis skatina oksidacinį atsaką. [7] Bendro NAD + / NADH dalis yra daug mažesnė, o žinomas žinduolių diapazonas yra 3–10. Priešingai, NADP + / NADPH santykis paprastai yra apie 0,005, taigi NADPH yra pagrindinė šio kofermento forma. Šie skirtingi santykiai yra raktas į skirtingą NADH ir NADPH metabolizmą.

biosintezė

NAD + sintetinamas dviem metabolizmo keliais: perdirbant NAD +, derinant esamus komponentus, tokius kaip nikotinamidas, arba de novo aminorūgščių sintezę. Dauguma organizmų NAD + sintezuoja iš paprastų komponentų. Konkrečių reakcijų rinkinys įvairiuose organizmuose skiriasi, tačiau bendras bruožas yra chinolino rūgšties (QA) susidarymas tarp aminorūgščių triptofano gyvūnams ir asparto rūgšties kai kuriose bakterijose ar kai kuriose bakterijose ir augaluose. [8] Chinolino rūgštis buvo paversta nikotino rūgšties mononukleotidu (namnu) perkeliant fosfato disacharidą. Tada adenilato dalis perkeliama į nikotinato adenino dinukleotidą (NAD). Galiausiai NAD nikotino rūgšties dalis yra paverčiama nikotinamido (NAM) dalimi ir sudaro NAD +. Be to, kai kurie NAD + bus paversti NADP +, fosforilintais NAD + NAD + kinazės. Daugelyje organizmų fermentas naudoja ATP fosfato grupių formavimui. Nors kelios bakterijos, tokios kaip Mycobacterium tuberculosis ir termofilinė archaea, kaip alternatyvų fosfato donorą naudoja neorganinį polifosfatą [9].

Remonto kelias

Be NAD + surinkimo iš paprasto aminorūgšties pirmtako, ląstelė taip pat atgauna junginius, kuriuose yra piridino bazės. Trys vitaminų pirmtakai, naudojami atliekant šį metabolizmą, yra niacinas, Niacinamidas ir Anėja ribozė. Šie junginiai gali būti paimti iš dietos, vadinami vitaminu B3 arba niacinu. Tačiau šie junginiai taip pat gaminami ląstelėse ir skaidomi NAD + būdu. Atrodo, kad kai kurie fermentuose, dalyvaujančiuose šiuose atstatymo keliuose, yra susitelkę branduolyje, o tai gali kompensuoti NAD + sunaudojimą organelėse. Žmonėms būtina atitaisyti reakciją; niacino trūkumas maiste sukelia vitaminų trūkumą odos liga. [10] Redoksinėje NAD + reakcijoje cirkuliacija tarp oksidacijos ir redukcijos formų nepakeis bendro koenzimo lygio, todėl didelis NAD + poreikis yra nuolatinis koenzimo sunaudojimas reakcijoje.

Mikroorganizmai naudoja kitokius valymo būdus nei žinduoliai. [11] Kai kurie patogenai, tokie kaip Candida cerevisiae ir Haemophilus influenzae, yra NAD + maistingųjų medžiagų tipai, todėl jie negali sintetinti NAD +, tačiau jie taip pat gali būti naudojami ir taisomiesiems tikslams, todėl jie priklauso nuo svetimo NAD + ar kitų pirmtakų. Dar labiau stebina tai, kad tarpląsteliniam patogenui Chlamydia trachomatis trūksta NAD + ir NADP + arba bet kokio atpažįstamo geno kandidato biosintezės ir jie turi gauti šiuos koenzimus iš savo šeimininko.

Poveikis

NAD + vaidina keletą svarbių vaidmenų metabolizme. Jis veikia kaip kofermentas redokso reakcijoje, kaip ADP ribozės dalies ADP ribosilinimo reakcijos dalis, kaip antrosios pasiuntinio molekulės ciklinės ADP ribozės pirmtakas, o kaip bakterinės DNR ligazės ir grupės substratas vadinamas tylusis fermentas, kuris naudoja NAD + acetilgrupės pašalinimui iš baltymo. Be metabolinės funkcijos, NAD + pasirodo kaip adenino nukleotidai, kurie savo noru gali išlaisvinti ląsteles per reguliavimo mechanizmus, todėl gali atlikti svarbų tarpląstelinį vaidmenį. [12]

NAD + yra energiją teikianti molekulė, randama kiekvienoje kūno ląstelėje, naudojama metabolizmui, naujų ląstelių konstravimui, atsparumui laisviesiems radikalams ir DNR pažeidimams bei signalų perdavimui ląstelėse. Tai leidžia mitochondrijoms paversti maistą, kurį valgome, į energiją, kurios mūsų kūnui reikia visoms savo funkcijoms palaikyti. Taip pat reikia „išjungti“ genus, kurie pagreitina senėjimo procesą. NAD + yra gyvybiškai svarbus. Sveika mitochondrijų funkcija yra svarbi žmogaus senėjimo dalis. Mūsų kūnai turi galimybę pagaminti NAD + iš sudedamųjų dalių maiste, kurį valgome. Eksperimentiniai tyrimai su gyvūnais ir žmonėmis parodė, kad NAD + lygis reikšmingai mažėja su amžiumi. Dėl šio nuosmukio kyla didesnė nervų ir raumenų degeneracijos, sumažėjusios širdies metabolinės sveikatos, atstatymo ir elastingumo rizika. Garsių tyrimų institucijų mokslininkai tyrė NAD + stiprinimo strategijas, kaip su senėjimu susijusių degeneracinių ligų gydymo priemones. Tyrimai rodo, kad NAD + vaidina unikalų vaidmenį apsaugant raumenis ir audinius, tačiau taip pat pagerina gyvenimo ciklą. (Iš wikipedia.org, sudarė

www.hsppharma.com)

Nuoroda:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). „Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridin-nukleotide)“ [piridinas, vandenilį pernešantis fermentacijos fermentų komponentas (piridino nukleotidas)]. „Biochemische Zeitschrift“ (vokiečių kalba). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Audinių purino, pirimidino ir kitų nukleotidų matavimas atliekant radialinę kompresinę efektyviosios skysčių chromatografiją". Anal. Biochem. 140 (1): 162–71. doi: 10.1016 / 0003-2697 (84) 90148-9. PMID 6486402. ]

3.     ^ [Yang H, Yang T, Baur JA, Perezas E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA (2007). „Maistinėms medžiagoms jautrus mitochondrijų NAD + lygis diktuoja ląstelių išgyvenimą“. Ląstelė. 130 (6): 1095–107. ]

4.     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, Perezas E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Mitochondrinis NAD ⁺ maistingų medžiagų kiekis lemia ląstelių išgyvenimą . Ląstelė. 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). "Mitochondrijų NAD + nešiotojo identifikavimas Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Ląstelės raudonoji aplinka atsižvelgiant į glutationo disulfido ir glutationo poros redoksinę būseną". Nemokamas „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). "Pagrindinio kompresoriaus funkcijos reguliavimas branduoline NADH" Mokslas. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / mokslas.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katohas A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). „Ankstyvieji NAD biosintezės žingsniai Arabidopsyje prasideda nuo aspartato ir vyksta plazmidėje“. Augalų fiziolis. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / psl.106.081091. PMC 1489895Nepaprastai prieinamas. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). „Mycobacterium tuberculosis NAD kinazės apibūdinimas: viso ilgio fermento funkcinė analizė, naudojant vietinę mutagenezę“. Biochemija. 43 (23): 7610–7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Hendersonas LM (1983). „Niacinas“. Annu. Rev.Maitininkas. 3: 289–307. doi: 10.1146 / annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003). „Rekonstruoti eukariotų NAD metabolizmą“. 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). "Atsirandančios tarpląstelinių piridino nukleotidų funkcijos". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Nepaprastai prieinamas. PMID 17380199 ]