ประวัติการสังเคราะห์และหน้าที่ของ (NAD +) Nicotinamide adenine dinucleotide

Nic-Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) เป็นโคเอ็นไซม์ชนิดหนึ่งที่ส่งผ่านโปรตอน (แม่นยำกว่าคือไฮโดรเจนไอออน) มันปรากฏในปฏิกิริยาการเผาผลาญของเซลล์ NADH หรือ NADH + H + ที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือรูปแบบการลดลงซึ่งมีโปรตอนมากที่สุดสองตัว (เขียนเป็น NADH + H +) และศักยภาพอิเล็กโทรดมาตรฐานคือ -0.32V

NAD + เป็นโคเอนไซม์ของ dehydrogenase เช่นแอลกอฮอล์ dehydrogenase (ADH) ซึ่งใช้ในการออกซิไดซ์เอทานอล มันมีบทบาททดแทนใน glycolysis, gluconeogenesis วัฏจักรกรด tricarboxylic และระบบทางเดินหายใจ ตัวกลางจะผ่านไฮโดรเจนที่ถูกกำจัดไปยัง NAD ทำให้มันเป็น NAD + H +

NAD + H + สามารถใช้เป็นตัวพาของไฮโดรเจนในการสังเคราะห์ ATP ผ่านการเชื่อมต่อทางเคมีในห่วงโซ่การถ่ายโอนอิเล็กตรอน

ในแง่ของการดูดซึม NADH มีค่าสูงสุดในการดูดซับที่ 260nm และ 340nm ตามลำดับในขณะที่ NAD + มีค่าสูงสุดในการดูดซับที่ 260nm ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่สำคัญในการแยกความแตกต่างทั้งสอง นี่ก็เป็นพื้นฐานทางกายภาพสำหรับการวัดอัตราการเผาผลาญในการทดลองการเผาผลาญอาหารหลายอย่าง ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับของ NADH ที่ 260nm เท่ากับ 1.78x104l / (mol · cm) ในขณะที่ NADH ที่ 340nm คือ 6.2x103 L / (mol · cm)

ในร่างกาย NAD สามารถสังเคราะห์ได้จากโครงสร้างพื้นฐานอย่างง่ายและกรดอะมิโนทริปโตเฟนหรือกรดแอสพาร์ติก แต่การรวมกันของเอนไซม์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นนำมาจากอาหารซึ่งเป็นวิตามินที่เรียกว่าไนอาซิน สารประกอบที่คล้ายกันถูกปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาการสลายตัวของโครงสร้าง NAD ส่วนประกอบสำเร็จรูปเหล่านี้จะถูกนำไปรีไซเคิลในรูปแบบที่ใช้งานผ่านช่องทางรีไซเคิล NADs บางส่วนจะถูกแปลงเป็นนิโคตินไนเตรทอะดีนีนนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต (NADP) โคเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องนี้มีความคล้ายคลึงในองค์ประกอบทางเคมีกับ NAD แต่มีบทบาทที่แตกต่างกันในการเผาผลาญ ในเมตาบอลิซึม NAD + มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์ถืออิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาหนึ่งไปสู่อีกปฏิกิริยาหนึ่ง ดังนั้นโคเอนไซม์ที่มีอยู่ในสองรูปแบบในเซลล์: NAD + เป็นอนุมูลอิสระที่สามารถรับอิเล็กตรอนจากโมเลกุลอื่น ๆ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ NADH ซึ่งสามารถใช้เป็นรีดักท์เพื่อให้อิเล็กตรอนได้ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นหน้าที่หลักของ NAD อย่างไรก็ตามมันยังใช้ในกระบวนการเซลล์อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารตั้งต้นของเอนไซม์ที่เพิ่มหรือลบกลุ่มสารเคมีออกจากโปรตีน เนื่องจากความสำคัญของฟังก์ชั่นเหล่านี้จะพบว่าเอนไซม์ NAD เมแทบอไลซ์เป็นเป้าหมายของยาเสพติด แม้ว่าประจุบวกของ NAD + บนอะตอมไนโตรเจนเฉพาะจะถูกเขียนในเครื่องหมายยกบวกในกรณีส่วนใหญ่ของค่า pH ทางสรีรวิทยามันเป็นประจุลบประจุเดียว (ประจุลบคือ 1) ในขณะที่ NADH เป็นประจุลบสองเท่า

ประวัติศาสตร์

Coenzyme NAD + ถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักชีวเคมีชาวอังกฤษ Arthur Hadden และ William John Young ในปี 1906 พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าการเพิ่มสารสกัดจากยีสต์ที่ต้มและกรองแล้วจะช่วยเร่งการหมักเอธานอลในยีสต์สกัดอย่างมีนัยสำคัญ พวกเขาจะสร้างปัจจัยที่ไม่รู้จักเอฟเฟ็กต์นี้สำหรับ "การหมักแบบร่วม" ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ในระยะยาวและยากของสารสกัดจากยีสต์ปัจจัยที่ทนต่อความร้อนถูกระบุว่าเป็นนิวคลีโอไทด์น้ำตาลฟอสเฟตโดย eucheppie ในปี 1936 อ็อตโตเฮ็น Voorburg นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันแสดงให้เห็นว่าการทำงานของนิวคลีโอไทด์โคเอนไซม์ในการถ่ายโอนไฮไดรด์และระบุว่านิโคตินเป็นไซต์รีดอกซ์

ความเข้มข้นและสถานะในเซลล์

ในตับหนูนั้นจำนวน NAD + และ NADH รวมอยู่ที่ประมาณ 1 micromol ต่อกรัมน้ำหนักเปียกซึ่งประมาณ 10 เท่าของความเข้มข้นของ NADP + และ NADPH ในเซลล์เดียวกัน [2] ความเข้มข้นที่แท้จริงของ NAD + ใน cytosols ยากที่จะวัด การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่ามันเป็นประมาณ 0.3 มม. ในเซลล์สัตว์และ 1.0-2.0 มม. ในยีสต์ [3] อย่างไรก็ตาม NADH มากกว่า 80% ของฟลูออเรสเซนต์ในไมโตคอนเดรียนั้นมีรูปแบบรวมกันดังนั้นความเข้มข้นในสารละลายจึงต่ำกว่ามาก ข้อมูลถูก จำกัด ในเซลล์การศึกษาอื่น ๆ แม้ว่าความเข้มข้นของ NAD + ในไมโทคอนเดรียนั้นคล้ายคลึงกับในไซโตพลาสซึม [4] NAD + นี้นำไปสู่ไมโตคอนเดรียโดยเมมเบรนขนย้ายขนเนื่องจากโคเอ็นไซม์ไม่สามารถแพร่กระจายผ่านเมมเบรน [5]

ความสมดุลระหว่างนิโคตินไนอะดีนนิวคลีโอไทด์ในรูปแบบรีดอกซ์เรียกว่าอัตราส่วน NAD + / NADH อัตราส่วนนี้เป็นส่วนสำคัญของสถานะรีดอกซ์ของเซลล์ซึ่งสะท้อนถึงกิจกรรมการเผาผลาญและสถานะสุขภาพของเซลล์ [6] ผลกระทบของอัตราส่วน NAD + / NADH นั้นซับซ้อนและควบคุมการทำงานของเอนไซม์สำคัญหลายตัว ในเนื้อเยื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีสุขภาพดีอัตราส่วนของ NAD + ต่อ NADH ฟรีในไซโตพลาสซึมมักจะอยู่ที่ประมาณ 700; ดังนั้นอัตราส่วนนี้เอื้อต่อการตอบสนองออกซิเดชัน [7] สัดส่วนของยอดรวม NAD + / NADH นั้นต่ำกว่ามากและช่วงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอยู่ที่ประมาณ 3-10 ในทางตรงกันข้ามอัตราส่วน NADP + / NADPH มักจะอยู่ที่ประมาณ 0.005 ดังนั้น NADPH จึงเป็นรูปแบบหลักของโคเอนไซม์นี้ อัตราส่วนต่าง ๆ เหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการเผาผลาญที่แตกต่างกันของ NADH และ NADPH

การสังเคราะห์

NAD + ถูกสังเคราะห์ผ่านเส้นทางการเผาผลาญสองเส้นทาง: การรีไซเคิล NAD + โดยการรวมส่วนประกอบที่มีอยู่เช่น nicotinamide หรือการสังเคราะห์กรดอะมิโนใหม่ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่สังเคราะห์ NAD + จากองค์ประกอบง่าย ๆ ชุดปฏิกิริยาเฉพาะนั้นแตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิต แต่คุณสมบัติทั่วไปคือการผลิตกรด quinoline (QA) ระหว่างกรดอะมิโนทริปโตเฟนในสัตว์และกรด aspartic ในแบคทีเรียหรือแบคทีเรียและพืชบางชนิด [8] กรด Quinolinic ถูกเปลี่ยนเป็นกรดนิโคตินนินนิวคลีโอไทด์ (namn) โดยการถ่ายโอนไดแซ็กคาไรด์ของฟอสเฟต ส่วน adenylate จะถูกถ่ายโอนในรูปแบบ nicotinate adenine dinucleotide (NAD) ในที่สุดส่วนกรดนิโคตินของ NAD จะถูกแปลงเป็นส่วนหนึ่งของ nicotinamide (NAM) เพื่อสร้าง NAD + นอกจากนี้ NAD + บางส่วนจะถูกแปลงเป็น NADP +, NAD + โดย phosphorylated NAD + โดย NAD + kinase ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เอนไซม์ใช้ ATP เป็นทางเดินในการสร้างกลุ่มฟอสเฟต แม้ว่าแบคทีเรียหลายตัวเช่น Mycobacterium tuberculosis และ thermophilic archaea ให้ใช้อนินทรีย์โพลีฟอสเฟตเป็นทางเลือกในการบริจาคฟอสเฟต [9]

เส้นทางซ่อม

นอกเหนือจากการประกอบ NAD + จากสารตั้งต้นของกรดอะมิโนอย่างง่ายเซลล์ยังสามารถกู้คืนสารประกอบที่มีฐาน pyridine สารตั้งต้นของวิตามินทั้งสามที่ใช้ในการเผาผลาญซ่อมแซมเหล่านี้ ได้แก่ ไนอาซิน, ไนอาซินาไมด์และยาย่าโบส สารประกอบเหล่านี้สามารถนำมาจากอาหารที่เรียกว่าวิตามินบี 3 หรือไนอาซิน อย่างไรก็ตามสารประกอบเหล่านี้ยังผลิตในเซลล์และผ่านการย่อย NAD + เอนไซม์บางตัวที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางการฟื้นฟูเหล่านี้มีความเข้มข้นในนิวเคลียสซึ่งอาจชดเชยระดับการบริโภค NAD + ในออร์แกเนลล์ การตอบสนองการแก้ไขเป็นสิ่งจำเป็นในมนุษย์ การขาดไนอาซินในอาหารทำให้เกิดโรคผิวหนังขาดวิตามิน [10] ในปฏิกิริยารีดอกซ์ของ NAD + การไหลเวียนระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและรูปแบบการลดจะไม่เปลี่ยนระดับโดยรวมของโคเอ็นไซม์ดังนั้นความต้องการสูงของ NAD + คือการบริโภคโคเอ็นไซม์ในปริมาณคงที่ในปฏิกิริยา

จุลินทรีย์ใช้วิธีการฟื้นฟูที่แตกต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม [11] เชื้อโรคบางชนิดเช่น Candida cerevisiae และ Haemophilus influenzae เป็นสารอาหารประเภท NAD + ที่ขาดสารอาหารดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถสังเคราะห์ NAD + ได้ แต่พวกมันก็มีวิธีการรักษาด้วยเช่นกันดังนั้นพวกเขาจึงพึ่งพา NAD + หรือสารตั้งต้นอื่น ๆ สิ่งที่น่าแปลกใจคือ Chlamydia trachomatis ซึ่งเป็นเชื้อโรคในเซลล์ขาดการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ NAD + และ NADP + หรือผู้สมัครที่เป็นที่รู้จักของยีนและต้องได้รับโคเอนไซม์เหล่านี้จากโฮสต์

ผล

NAD + มีบทบาทสำคัญหลายประการในการเผาผลาญ มันทำหน้าที่เป็นโคเอ็นไซม์ในปฏิกิริยารีดอกซ์ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของ ADP ribose ในปฏิกิริยา ADP ribosylation ในฐานะผู้นำของสารโมเลกุลโมเลกุลไซโคลที่สอง ADP และเป็นสารตั้งต้นของ DNA ligase และกลุ่มแบคทีเรียมันถูกเรียกว่า เอ็นไซม์เงียบซึ่งใช้ NAD + เพื่อลบกลุ่มอะเซทิลออกจากโปรตีน นอกเหนือจากฟังก์ชั่นเมตาบอลิซึมแล้ว NAD + ยังปรากฏเป็นนิวคลีโอไทด์ adenine ซึ่งสามารถปลดปล่อยเซลล์ได้เองผ่านกลไกการควบคุมดังนั้นมันจึงมีบทบาทสำคัญในเซลล์นอกเซลล์ [12]

NAD + เป็นพลังงานที่ให้โมเลกุลที่พบในทุกเซลล์ของร่างกายซึ่งใช้ในการเผาผลาญสร้างเซลล์ใหม่ต่อต้านอนุมูลอิสระและความเสียหายของดีเอ็นเอและส่งสัญญาณในเซลล์ มันช่วยให้ไมโตคอนเดรียสามารถแปลงอาหารที่เรากินให้เป็นพลังงานที่ร่างกายของเราต้องการเพื่อรักษาหน้าที่ทั้งหมดของมัน นอกจากนี้ยังมีความต้องการที่จะ "ปิด" ยีนที่เร่งกระบวนการชรา NAD + มีความสำคัญต่อชีวิต การทำงานของไมโตคอนเดรียเพื่อสุขภาพเป็นส่วนสำคัญของการแก่ชรา ร่างกายของเรามีความสามารถในการทำ NAD + จากส่วนผสมในอาหารที่เรากิน สัตว์ทดลองและมนุษย์ศึกษาแสดงให้เห็นว่าระดับของ NAD + ลดลงอย่างมีนัยสำคัญกับอายุ การลดลงนี้ทำให้เรามีความเสี่ยงมากขึ้นจากความเสื่อมของระบบประสาทและกล้ามเนื้อสุขภาพการเผาผลาญของหัวใจลดลงและการซ่อมแซมและความยืดหยุ่น นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยที่มีชื่อเสียงได้ศึกษากลยุทธ์การเพิ่มระดับ NAD + เพื่อรักษาโรคความเสื่อมที่เกี่ยวข้องกับอายุ การวิจัยแสดงให้เห็นว่า NAD + มีบทบาทพิเศษในการป้องกันกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อ แต่ยังช่วยปรับปรุงวงจรชีวิต (จาก wikipedia.org รวบรวมโดย

www.hsppharma.com)

อ้างอิง:

1     [Warburg O, Christian W (1936) "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nucleotide)" [Pyridin ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ถ่ายโอนไฮโดรเจนของเอนไซม์การหมัก (pyridine nucleotide)] Biochemische Zeitschrift (ภาษาเยอรมัน) 287: 291. ดอย: 10.1002 / hlca.193601901199]

2     ^ [ไดอานา PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984) "การวัดพิวรีนของเนื้อเยื่อ purine, pyrimidine และนิวคลีโอไทด์อื่น ๆ โดยการบีบอัดด้วยรัศมีโครมาโตกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง" ทางทวารหนัก Biochem 140 (1): 162–71 ดอย: 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, Cabenz R, Sauve AA, Sinclair DA (2007) "ไมโตคอนเดรียต์ที่มีสารอาหารที่ไวต่อสารอาหารระดับ NAD + ระดับความอยู่รอดของเซลล์" เซลล์ 130 (6): 1095–107 ]

4     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, เปเรซ E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA ระดับความไวของสารอาหาร NAD ⁺ ระดับ Mitochondrial ช่วยให้เซลล์อยู่รอด เซลล์ 2007, 130 (6): 1095–107 PMC 3366687 PMID 17889652 ดอย: 10.1016 / j.cell.2007.07.035

5     ^ [Todisco S, Agrimi G, Castegna A, Palmieri F (2006) "บัตรประจำตัวของยล NAD + transporter ใน Saccharomyces cerevisiae" J. Biol Chem 281 (3): 1524–31 ดอย: 10.1074 / jbc.M510425200 PMID 16291748 ]

6     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001) "สภาพแวดล้อมรีดอกซ์ของเซลล์เมื่อมองผ่านสถานะรีดอกซ์ของกลูตาไธโอนซัลไฟด์ / กลูตาไธโอนคู่" ฟรี Radic Biol Med 30 (11): 1191–212 ดอย: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4 PMID 11368918 ]

7     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002) "กฎระเบียบของฟังก์ชั่น corepressor โดยนิวเคลียร์ NADH" วิทยาศาสตร์. 295 (5561): 1895–7 ดอย: 10.1126 / science.1069300 PMID 11847309 ]

8     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006) "ขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์ของ NAD ใน Arabidopsis เริ่มต้นด้วย Aspartate และเกิดขึ้นใน Plastid" พืชพืช 141 (3): 851–7 ดอย: 10.1104 / pp.106.081091 PMC 1489895 เข้าถึงได้ง่ายมาก PMID 16698895 ]

9     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004) "การศึกษาคุณสมบัติของ Mycobacterium tuberculosis NAD kinase: การวิเคราะห์การทำงานของเอ็นไซม์เต็มความยาว ชีวเคมี. 43 (23): 7610–7 ดอย: 10.1021 / bi049650w PMID 15182203 ]

10. ^ [Henderson LM (1983) "ไนอาซิน" Annu รายได้ Nutr 3: 289–307 ดอย: 10.1146 / annurev.nu.03.070183.001445 PMID 6357238 ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003) "การสร้างระบบยูคาริโอต NAD ใหม่" BioEssays 25 (7): 683–90 ดอย: 10.1002 / bies.10297 PMID 12815723 ]

12. ^ [Billington RA, Bruzzone S, De Flora A, Genazzani AA, Koch-Nolte F, Ziegler M, Zocchi E (2006) "ฟังก์ชั่นใหม่ของนิวคลีโอไทด์ pyridine นอกเซลล์" Mol Med 12 (11–12): 324–7 ดอย: 10.2119 / 2006-00075.Billington PMC 1829198 เข้าถึงได้ง่ายมาก PMID 17380199 ]