NAD-nikotiinamiidadeniindinukleotiidi ajalugu, süntees ja funktsioon

β-nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NAD +) on omamoodi koensüüm, mis edastab prootoneid (täpsemini vesinikuioone). See ilmneb rakkude paljudes metaboolsetes reaktsioonides. NADH ehk täpsem NADH + H + on selle reduktsioonivorm, kandes maksimaalselt kahte prootonit (kirjutatud kui NADH + H +) ja selle standardne elektroodipotentsiaal on -0,32V.

NAD + on dehüdrogenaasi koensüüm, näiteks alkoholdehüdrogenaas (ADH), mida kasutatakse etanooli oksüdeerimiseks. See mängib asendamatut rolli glükolüüsis, glükoneogeneesis, trikarboksüülhappe tsüklis ja hingamisahelas. Vaheühend edastab eemaldatud vesiniku NAD-i, muutes selle NAD + H + -ks.

NAD + H + saab vesiniku kandjana kasutada ATP sünteesimiseks keemilise permeatsiooni sidumise kaudu elektronide ülekandeahelas.

Imendumise osas on NADH neeldumise tipp vastavalt 260 nm ja 340 nm, samas kui NAD + absorptsiooni tipp on ainult 260 nm ja see on oluline omadus nende kahe eristamiseks. See on ka metaboolse kiiruse mõõtmise füüsiline alus paljudes metaboolsetes katsetes. NADH neeldumistegur lainepikkusel 260 nm on 1,78x104l / (mol · cm), samas kui NADH neeldumistegur lainepikkusel 340 nm on 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo saab NAD sünteesida lihtsatest ehitusplokkidest ja aminohappest trüptofaanist või asparagiinhappest. Selle asemel võetakse toidust keerukamaid ensüümikombinatsioone, vitamiini, mida nimetatakse niatsiiniks. Sarnased ühendid vabanevad NAD struktuuri lagunemise reaktsioonil. Seejärel monteeritakse need kokkupandavad komponendid taaskasutuskanali kaudu aktiivsesse vormi. Mõned NAD muundatakse ka nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaadiks (NADP); see seotud koensüüm on keemilises koostises sarnane NAD-ga, kuid sellel on erinev roll metabolismis. Ainevahetuses osaleb NAD + redoksreaktsioonides, kandes elektronid ühest reaktsioonist teise. Seetõttu eksisteerivad rakkudes koensüümid kahel kujul: NAD + on oksüdeerija, mis võib vastu võtta molekule teistest molekulidest. Reaktsioon moodustab NADH, mida saab seejärel kasutada redutseerijana elektronide saamiseks. Need elektronide ülekande reaktsioonid on NAD peamised funktsioonid. Kuid seda kasutatakse ka teistes rakuprotsessides, eriti ensüümi substraadina, mis lisab või eemaldab valgust keemilisi rühmi. Nende funktsioonide olulisuse tõttu leitakse, et NAD-i metaboliseerivad ensüümid on ravimite sihtmärk. Ehkki NAD + positiivne laeng konkreetsel lämmastikuaatomil on kirjutatud ülakirjas plussmärgis, on enamikul juhtudel füsioloogilises pH-s tegelikult ühe laengu anioon (negatiivne laeng on 1), samas kui NADH on topeltlaengu anioon.

Ajalugu

Koensüümi NAD + avastasid esmakordselt Suurbritannia biokeemikud Arthur Hadden ja William John Young 1906. aastal. Nad märkisid, et keedetud ja filtreeritud pärmiekstraktide lisamine kiirendas oluliselt keetmata pärmiekstraktis etanooli kääritamist. Nad annavad selle efekti "kääritamisel" tundmatu teguri. Pärmiekstrakti pikaajalise ja keeruka puhastamise teel tuvastati termostabiilne tegur eucheppie abil nukleotiidsuhkru fosfaadiks. 1936. aastal näitas Saksa teadlane Otto Heinrich Voorburg nukleotiidkoensüümi funktsiooni hüdriidi ülekandmisel ja tuvastas nikotiinamiidi kui redokssaiti [1].

Kontsentratsioon ja olek rakkudes

Roti maksas on NAD + ja NADH üldkogus umbes 1 mikromooli märgkaalu grammi kohta, mis on umbes 10 korda suurem NADP + ja NADPH kontsentratsioonist samas rakus. [2] NAD + tegelikku kontsentratsiooni tsütosoolides on raske mõõta. Värskeimad uuringud on näidanud, et loomarakkudes on see umbes 0,3 mm ja pärmis 1,0–2,0 mm. [3] Kuid enam kui 80% NADH-i fluorestsentsist mitokondrites on siduv vorm, seega on kontsentratsioon lahuses palju madalam. Teistes uuringurakkudes on andmed piiratud, ehkki NAD + kontsentratsioon mitokondrites on sarnane tsütoplasmas sisalduvaga. [4] Seda NAD + viivad mitokondritesse spetsiifilised membraanitransportöörid, kuna koensüümid ei saa difundeeruda läbi membraani. [5]

Nikotiinamiidadeniindinukleotiidi tasakaalu redoksvormis nimetatakse NAD + / NADH suhteks. See suhe on oluline osa rakkude niinimetatud redoksseisundist, mis kajastab rakkude metaboolset aktiivsust ja tervislikku seisundit. [6] NAD + / NADH suhte mõju on keeruline ja kontrollib mitme võtmeensüümi aktiivsust. Imetajate tervetes kudedes on vaba NAD + ja NADH suhe tsütoplasmas tavaliselt umbes 700; seetõttu soodustab see suhe oksüdatiivset reaktsiooni. [7] Üldise NAD + / NADH osakaal on palju madalam ja imetajate hinnanguline ulatus on 3–10. Seevastu NADP + / NADPH suhe on tavaliselt umbes 0,005, seega on NADPH selle koensüümi peamine vorm. Need erinevad suhted on NADH ja NADPH erineva metabolismi võti.

biosüntees

NAD + sünteesitakse kahe metaboolse raja kaudu: NAD + taaskasutamine olemasolevate komponentide, näiteks nikotiinamiidi, või aminohapete de novo sünteesi kombineerimise teel. Enamik organisme sünteesib NAD + lihtsatest komponentidest. Spetsiifiline reaktsioonide komplekt varieerub organismides, kuid ühine tunnus on kinoliinhappe (QA) tootmine aminohapete trüptofaani vahel loomadel ja asparagiinhappe vahel mõnes bakteris või mõnes bakteris ja taimes. [8] Kinoliinhape muudeti fosfaadi disahhariidi viimisega nikotiinhappe mononukleotiidiks (namn). Seejärel viiakse adenülaadi osa nikotinaadenindinukleotiidiks (NAD). Lõpuks muundatakse NAD-i nikotiinhappe osa nikotiinamiidi (NAM) osaks, moodustades NAD +. Lisaks muundatakse osa NAD + NADP + -ks, fosforüülitud NAD + -ks NAD + kinaasi abil. Enamikus organismides kasutab ensüüm fosfaatrühmade moodustamiseks rada ATP. Ehkki mitmed bakterid, näiteks Mycobacterium tuberculosis ja termofiilne arhaea, kasutavad alternatiivse fosfaadidoonorina anorgaanilist polüfosfaati [9].

Remonditee

Lisaks NAD + kokkupanemisele lihtsast aminohappe eellasest taastab rakk ka püridiini aluseid sisaldavad ühendid. Kolm vitamiini prekursorit, mida selles parandavas metabolismis kasutatakse, on niatsiin, niatsiinamiid ja Anya riboos. Neid ühendeid võib võtta toidust, mida nimetatakse vitamiin B3 või niatsiiniks. Kuid neid ühendeid toodetakse ka rakkudes ja NAD + lagundamise kaudu. Mõned nendes tervendamisteedes osalevad ensüümid näivad olevat koondunud tuumasse, mis võib kompenseerida NAD + tarbimise taset organellides. Ravivastus on inimestel hädavajalik; niatsiini puudus dieedis põhjustab vitamiinipuudust põhjustavat nahahaigust. [10] NAD + redoksreaktsioonis ei muuda oksüdatsiooni ja redutseerimise vormide vaheline ringlus koensüümi üldist taset, seega on NAD + suureks nõudluseks koensüümi pidev tarbimine reaktsioonis.

Mikroorganismid kasutavad teisiti kui imetajad. [11] Mõned patogeenid, näiteks Candida cerevisiae ja Haemophilus influenzae, on toitainevaegusega NAD + tüübid, nii et nad ei saa NAD + sünteesida, kuid neil on ka parandusmeetmeid, seega sõltuvad nad võõrast NAD + või muudest lähteainetest. Veelgi üllatavam on see, et rakusisesel patogeenil Chlamydia trachomatis puudub NAD + ja NADP + või kõigi geenide äratuntava kandidaadi biosüntees ja nad peavad hankima need koensüümid oma peremehelt.

Efekt

NAD + mängib ainevahetuses mitmeid olulisi rolle. See toimib redoksreaktsioonis koensüümina, kuna ADP ribosüülimisreaktsioonis on ADP riboosi osa järelkeha, tsüklilise ADP riboosi teise messengermolekuli eelkäija ning bakteriaalse DNA ligaasi ja rühma substraadina nimetatakse seda vaikne ensüüm, mis kasutab NAD + atsetüülrühma eemaldamiseks valgust. Lisaks metaboolsele funktsioonile ilmneb NAD + adeniini nukleotiididena, mis võivad rakke spontaanselt vabastada regulatoorsete mehhanismide kaudu, seega võib see mängida olulist rakuvälist rolli. [12]

NAD + on keha igas rakus leiduv energiat pakkuv molekul, mida kasutatakse metabolismiks, uute rakkude ehitamiseks, vabade radikaalide ja DNA kahjustuste takistamiseks ning rakkudes signaalide saatmiseks. See võimaldab mitokondritel muuta meie söödavat toitu energiaks, mida keha vajab kõigi oma funktsioonide säilitamiseks. Samuti on vaja vananemisprotsessi kiirendavaid geene "välja lülitada". NAD + on eluks ülioluline. Tervislik mitokondriaalne funktsioon on inimese vananemise oluline osa. Meie kehal on võime valmistada NAD + söödava toidu koostisosadest. Eksperimentaalsed loomade ja inimeste uuringud on näidanud, et NAD + tase langeb vanusega märkimisväärselt. See langus seab meid suuremasse neuromuskulaarse degeneratsiooni, südame metaboolse tervise vähenemise, paranemise ja elastsuse ohtu. Kuulsate teadusasutuste teadlased on uurinud NAD + parandamise strateegiaid vananemisega seotud degeneratiivsete haiguste raviks. Uuringud näitavad, et NAD + mängib lihaste ja kudede kaitsmisel ainulaadset rolli, kuid parandab ka elutsüklit. (Saidist wikipedia.org, koostaja

www.hsppharma.com)

Viide:

1     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (püridiin-nukleotiid)" [püridiin, fermentatsiooniensüümide vesinikku kandev komponent (püridiini nukleotiid)]. Biochemische Zeitschrift (saksa keeles). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Kudede puriini, pürimidiini ja muude nukleotiidide mõõtmine kõrgjõudlusega vedelikukromatograafia abil radiaalse kokkusurumisega". 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). "Toitainete suhtes tundlik mitokondriaalne NAD + tasemed dikteerivad rakkude ellujäämist". Kamber. 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. Toitainete suhtes tundlik mitokondriaalne NAD ⁺ tase dikteerib rakkude ellujäämist . Kamber. 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). "Mitokondriaalse NAD + transporteri identifitseerimine Saccharomyces cerevisiae linnas". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Raku redokskeskkond, vaadatuna läbi glutatioondisulfiidi / glutatiooni paari redoksseisundi". Vaba 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). "Tuumaenergia NADH reguleerib tuumapressori funktsiooni" Teadus. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / teadus.1069300. PMID 11847309. ]

8     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Arabidopsise NAD-i biosünteesi varased sammud algavad aspartaadiga ja toimuvad plastidis". Taime füsiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / lk.106.081091. PMC 1489895Vaba juurdepääs. PMID 16698895. ]

9     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Mycobacterium tuberculosis NAD kinaasi iseloomustus: täispika ensüümi funktsionaalne analüüs saidipõhise mutageneesi abil". Biokeemia. 43 (23): 7610–7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niatsiin". 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). "Eukarüootilise NAD metabolismi rekonstrueerimine". BioEsseesid. 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). "Rakuväliste püridiini nukleotiidide tekkivad funktsioonid". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Vaba juurdepääs. PMID 17380199 ]