(NAD +) nikotiinamidiadeniinidinukleotidin historia, synteesi ja toiminta

β-nikotiinamidiadeniinidinukleotidi (NAD +) on eräänlainen koentsyymi, joka välittää protoneja (tarkemmin vetyioneja). Se esiintyy monissa solujen metabolisissa reaktioissa. NADH tai tarkempi NADH + H + on sen pelkistysmuoto, jossa on korkeintaan kaksi protonia (kirjoitettuna nimellä NADH + H +), ja sen vakioelektrodipotentiaali on -0,32V.

NAD + on dehydrogenaasin koentsyymi, kuten alkoholidehydrogenaasi (ADH), jota käytetään hapettamaan etanoli. Sillä on korvaamaton rooli glykolyysissä, glukoneogeneesissä, trikarboksyylihapposyklissä ja hengitysketjussa. Välituote välittää poistetun vedyn NAD: iin, jolloin siitä tulee NAD + H +.

NAD + H +: ta voidaan käyttää vedyn kantajana syntetisoimaan ATP kemiallisen läpäisykytkennän kautta elektroninsiirtoketjussa.

Absorption suhteen NADH: n absorptiohuippu on vastaavasti 260 nm ja 340 nm, kun taas NAD +: n absorptiopiikki on vain 260 nm: ssä, mikä on tärkeä ominaisuus näiden kahden erottamiseksi. Tämä on myös fyysinen perusta metabolisen nopeuden mittaamiseksi monissa aineenvaihduntakokeissa. NADH: n absorptiokerroin aallonpituudella 260 nm on 1,78x104 l / (mol-cm), kun taas NADH: n absorptiokerroin aallonpituudella 340 nm on 6,2x103 l / (mol-cm).

In vivo NAD voidaan syntetisoida yksinkertaisista rakennuspalikoista ja aminohappoista tryptofaanista tai asparagiinihaposta. Sen sijaan ruoasta otetaan monimutkaisempia entsyymikokonaisuuksia, niasiiniksi kutsuttu vitamiini. Samanlaiset yhdisteet vapautuvat NAD-rakenteen hajoamisreaktion avulla. Nämä esivalmistetut komponentit kierrätetään sitten aktiiviseen muotoon kierrätyskanavan kautta. Jotkut NAD: t muunnetaan myös nikotiiniamidi-adeniinidinukleotidifosfaatiksi (NADP); tämä samanlainen koentsyymi on kemiallisessa koostumuksessa samanlainen kuin NAD, mutta sillä on erilaiset roolit metaboliassa. Metaboliassa NAD + osallistuu redox-reaktioihin kuljettaen elektroneja reaktiosta toiseen. Siksi soluissa on koentsyymejä kahdessa muodossa: NAD + on hapetin, joka voi hyväksyä elektroneja muista molekyyleistä. Reaktio muodostaa NADH: n, jota voidaan sitten käyttää pelkistimenä elektronien tuottamiseksi. Nämä elektroninsiirtoreaktiot ovat NAD: n päätoimintoja. Sitä käytetään kuitenkin myös muissa soluprosesseissa, etenkin entsyymin substraatissa, joka lisää tai poistaa kemiallisia ryhmiä proteiinista. Koska nämä toiminnot ovat tärkeitä, havaitaan, että NAD: n metaboloivat entsyymit ovat lääkkeiden kohde. Vaikka NAD +: n positiivinen varaus tietylle typpiatomille on kirjoitettu ylämerkinnässä plusmerkki, useimmissa tapauksissa fysiologinen pH on oikeastaan yhden varauksen anioni (negatiivinen varaus on 1), kun taas NADH on kaksoisvarauksen anioni.

Historia

Brittiläiset biokemistit Arthur Hadden ja William John Young löysivät koentsyymi NAD + -valmisteen ensimmäisen kerran vuonna 1906. He huomauttivat, että keitettyjen ja suodatettujen hiivauutteiden lisääminen nopeutti merkittävästi etanolin käymistä kelaamattomassa hiivauutteessa. Ne tuottavat tämän vaikutuksen tuntemattoman tekijän "yhteiskäymiselle". Hiivauutteen pitkäaikaisella ja vaikealla puhdistuksella lämpöstabiili tekijä tunnistettiin nukleotidisokeri- fosfaatiksi eucheppien avulla. Vuonna 1936 saksalainen tiedemies Otto Heinrich Voorburg osoitti nukleotidikoentsyymin toiminnan hydridin siirrossa ja tunnisti nikotinamidin redoksipaikaksi [1].

Pitoisuus ja tila soluissa

Rotan maksassa NAD +: n ja NADH: n kokonaismäärä on noin 1 mikromoolia grammaa märkää painoa kohti, mikä on noin 10-kertainen NADP +: n ja NADPH: n pitoisuuteen samassa solussa. [2] NAD +: n todellista pitoisuutta sytosoleissa on vaikea mitata. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että se on noin 0,3 mm eläinsoluissa ja 1,0-2,0 mm hiivassa. [3] Yli 80% NADH: n fluoresenssista mitokondrioissa on kuitenkin sitovaa muotoa, joten pitoisuus liuoksessa on paljon pienempi. Tietoja on rajoitettu muissa tutkimussoluissa, vaikka NAD +: n pitoisuus mitokondrioissa on samanlainen kuin sytoplasmassa. [4] Tätä NAD +: ta siirtävät mitokondrioihin spesifiset kalvonsiirtimet, koska koentsyymit eivät voi diffundoida kalvon läpi. [5]

Nikotiinamidi-adeniinidinukleotidin välistä tasapainoa redox-muodossa kutsutaan NAD + / NADH-suhteeksi. Tämä suhde on tärkeä osa ns. Solujen redox-tilaa, joka heijastaa solujen metabolista aktiivisuutta ja terveydentilaa. [6] NAD + / NADH-suhteen vaikutus on monimutkainen ja säätelee useiden keskeisten entsyymien aktiivisuutta. Terveissä nisäkkään kudoksissa vapaan NAD +: n ja NADH: n suhde sytoplasmassa on yleensä noin 700; tämän vuoksi tämä suhde johtaa oksidatiiviseen vasteeseen. [7] NAD + / NADH: n osuus on paljon pienempi, ja nisäkkäiden arvioitu alue on 3–10. Sitä vastoin NADP + / NADPH-suhde on yleensä noin 0,005, joten NADPH on tämän koentsyymin päämuoto. Nämä erilaiset suhteet ovat avain NADH: n ja NADPH: n erilaiselle aineenvaihdunnalle.

biosynteesiä

NAD + syntetisoidaan kahdella metabolisella reitillä: NAD +: n kierrätys yhdistämällä olemassa olevat komponentit, kuten nikotiiniamidi, tai aminohappojen de novo -synteesi. Useimmat organismit syntetisoivat NAD +: n yksinkertaisista komponenteista. Spesifinen reaktiojoukko vaihtelee organismien kesken, mutta yhteinen piirre on kinoliinihapon (QA) tuottaminen aminohappojen tryptofaanin välillä eläimissä ja asparagiinihapon välillä joissakin bakteereissa tai joissakin bakteereissa ja kasveissa. [8] Kinoliinihappo muutettiin nikotiinihapon mononukleotidiksi (namn) siirtämällä fosfaatin disakkaridia. Sitten adenylaattiosa siirretään nikotinaattiadeniinidinukleotidiksi (NAD). Lopuksi NAD: n nikotiinihappoosa muunnetaan nikotiiniamidi- (NAM) osaksi NAD +: ksi. Lisäksi jotkut NAD + muuttuvat NADP +: ksi, fosforyloiduksi NAD +: ksi NAD + -kinaasin avulla. Useimmissa organismeissa entsyymi käyttää ATP: tä reitinä fosfaattiryhmien muodostamiseen. Vaikka useat bakteerit, kuten Mycobacterium tuberculosis ja termofiilinen arhaea, käyttävät epäorgaanista polyfosfaattia vaihtoehtoisena fosfaatin luovuttajana [9].

Korjauspolku

Sen lisäksi, että NAD + kootaan yksinkertaisesta aminohappoesiasteesta, solu hyödyntää myös pyridiiniemästä sisältäviä yhdisteitä. Kolme vitamiinin esiastetta, joita käytetään näissä korjaavassa aineenvaihdunnassa, ovat niasiini, niasiinamidi ja Anya-riboosi. Nämä yhdisteet voidaan ottaa ruokavaliosta, nimeltään B3-vitamiini tai niasiini. Näitä yhdisteitä tuotetaan kuitenkin myös soluissa ja NAD + -hajotuksen kautta. Jotkut näihin korjaustoimenpiteisiin osallistuvista entsyymeistä vaikuttavat olevan keskittyneet ytimeen, mikä saattaa kompensoida NAD + -kulutuksen tasoa organellissa. Korjaavat toimenpiteet ovat välttämättömiä ihmisillä; niasiinin puutos ruokavaliossa aiheuttaa vitamiinipuutosta ihosairauksia. [10] NAD +: n redox-reaktiossa hapettumis- ja pelkistysmuotojen välinen kierto ei muuta koentsyymin yleistä tasoa, joten NAD +: n suuri kysyntä on koentsyymin jatkuva kulutus reaktiossa.

Mikro-organismit käyttävät erilaisia parannusmenetelmiä kuin nisäkkäät. [11] Jotkut taudinaiheuttajat, kuten Candida cerevisiae ja Haemophilus influenzae, ovat ravintoainevajaita NAD + -tyyppejä, joten ne eivät pysty syntetisoimaan NAD +: ta, mutta niillä on myös korjaavia käyttötarkoituksia, joten ne luottavat vieraisiin NAD + tai muihin lähtöaineisiin. Mikä yllättävämpi, on se, että solunsisäisestä patogeenista Chlamydia trachomatis puuttuu NAD +: n ja NADP +: n tai minkä tahansa tunnistettavissa olevan geenien ehdokkaan biosynteesi, ja sen on hankittava nämä koentsyymit isännältään.

Vaikutus

NAD +: lla on useita tärkeitä roolia aineenvaihdunnassa. Se toimii koentsyyminä redox-reaktiossa ADP-riboosin osan jälkiputkena ADP-ribosylaatioreaktiossa, syklisen ADP-riboosin toisen lähettimolekyylin prekursorina ja bakteeri-DNA-ligaasin ja -ryhmän substraattina sitä kutsutaan hiljainen entsyymi, joka käyttää NAD +: ta asetyyliryhmän poistamiseksi proteiinista. Metabolisen toiminnan lisäksi NAD + esiintyy adeniininukleotideina, jotka voivat vapauttaa soluja spontaanisti säätelymekanismien kautta, joten sillä voi olla tärkeä solunulkoinen rooli. [12]

NAD + on kehon jokaisesta solusta löytyvä energiaa tarjoava molekyyli, jota käytetään aineenvaihduntaan, uusien solujen rakentamiseen, vapaiden radikaalien ja DNA-vaurioiden vastustamiseen ja signaalien lähettämiseen soluissa. Se antaa mitokondrioille mahdollisuuden muuttaa syömämme ruoka energiaksi, jota kehomme tarvitsee kaikkien toimintojensa ylläpitämiseksi. On myös tarpeen "sammuttaa" geenit, jotka nopeuttavat ikääntymisprosessia. NAD + on elintärkeä elämälle. Terveellinen mitokondrio-toiminta on tärkeä osa ihmisen ikääntymistä. Kehollamme on kyky tehdä NAD + syömämme ruuan ainesosista. Kokeelliset eläimiä ja ihmisiä koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että NAD + -taso laskee merkittävästi iän myötä. Tämä lasku asettaa meille suuremman neuromuskulaarisen rappeutumisen, heikentyneen sydämen metabolisen terveyden, korjaus- ja joustavuusriskin. Tunnettujen tutkimuslaitosten tutkijat ovat tutkineet NAD + -vahvistusstrategioita ikääntymiseen liittyvien rappeuttavien sairauksien hoitamiseksi. Tutkimukset osoittavat, että NAD +: lla on ainutlaatuinen rooli lihasten ja kudosten suojauksessa, mutta se myös parantaa elinkaarta. (Wikipedia.org-sivustosta, koonnut

www.hsppharma.com)

Viite:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nukleotide)" [Pyridin, fermentointientsyymien vetyä siirtävä komponentti (pyridiininukleotidi)]. Biochemische Zeitschrift (saksaksi). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Kudospuriinin, pyrimidiinin ja muiden nukleotidien mittaus radiaalikompression korkean suorituskyvyn nestekromatografialla". Anaali. 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). "Ravinneherkkä mitokondriaalinen NAD + -tasot määrää solujen selviytymisen". Solu. 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. Ravinneherkkä mitokondriaalinen NAD ⁺ -tasot määrää solujen selviytymisen . Solu. 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). "Mitokondriaalisen NAD + -kuljettajan tunnistaminen Saccharomyces cerevisiaessa". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Solun redoksiympäristö tarkasteltuna glutationidisulfidi / glutationi-parin redox-tilan läpi". Vapaa 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). "Ydinpressorin toiminnan säätely ydinvoimalan NADH: n avulla". Science. 295 (5561): 1895–7. doi: 10,1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "NAD: n biosynteesin varhaiset vaiheet Arabidopsisissa alkavat aspartaatilla ja esiintyvät plasmidissa". Kasvien Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10,1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Erinomainen saatavuus. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Mycobacterium tuberculosis NAD -kinaasin karakterisointi: täyspitkän entsyymin toiminnallinen analyysi kohdennetulla mutageneesillä". Biokemia. 43 (23): 7610–7. doi: 10,1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niasiini". 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). "Eukaryoottisen NAD-aineenvaihdunnan rekonstruointi". 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). "Solunulkoisten pyridiininukleotidien kehittyvät toiminnot". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10,2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Erinomainen saatavuus. PMID 17380199 ]