Storia, sintesi e funzione del (NAD +) nicotinamide adenina dinucleotide

La β-nicotinamide adenina dinucleotide (NAD +) è un tipo di coenzima che trasmette i protoni (più precisamente, gli ioni idrogeno). Appare in molte reazioni metaboliche delle cellule. NADH o NADH + H + più accurato è la sua forma di riduzione, che porta al massimo due protoni (scritto come NADH + H +) e il suo potenziale elettrodo standard è -0,32V.

NAD + è un coenzima di deidrogenasi, come l'alcool deidrogenasi (ADH), che viene utilizzato per ossidare l'etanolo. Svolge un ruolo insostituibile nella glicolisi, gluconeogenesi, ciclo dell'acido tricarbossilico e catena respiratoria. L'intermedio passerà l'idrogeno rimosso a NAD, rendendolo NAD + H +.

NAD + H + può essere utilizzato come vettore di idrogeno per sintetizzare ATP attraverso l'accoppiamento di permeazione chimica nella catena di trasferimento degli elettroni.

In termini di assorbimento, NADH ha un picco di assorbimento rispettivamente a 260nm e 340nm, mentre NAD + ha solo un picco di assorbimento a 260nm, che è un attributo importante per distinguere i due. Questa è anche la base fisica per misurare il tasso metabolico in molti esperimenti metabolici. Il coefficiente di assorbimento di NADH a 260nm è 1,78x104l / (mol · cm), mentre quello di NADH a 340nm è 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo, il NAD può essere sintetizzato da semplici elementi costitutivi e aminoacido triptofano o acido aspartico. Invece, combinazioni più complesse di enzimi vengono prese dal cibo, una vitamina chiamata niacina. Composti simili vengono rilasciati dalla reazione di decomposizione della struttura NAD. Questi componenti prefabbricati vengono quindi riciclati in una forma attiva attraverso un canale di riciclaggio. Alcuni NAD vengono anche convertiti in nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADP); questo coenzima correlato è simile nella composizione chimica al NAD, ma ha diversi ruoli nel metabolismo. Nel metabolismo, il NAD + partecipa alle reazioni redox, trasportando elettroni da una reazione all'altra. Pertanto, i coenzimi esistono in due forme nelle cellule: NAD + è un ossidante che può accettare elettroni da altre molecole. La reazione forma NADH, che può quindi essere usata come riduttore per dare elettroni. Queste reazioni di trasferimento di elettroni sono le funzioni principali di NAD. Tuttavia, viene anche utilizzato in altri processi cellulari, in particolare il substrato di un enzima che aggiunge o rimuove gruppi chimici da una proteina. A causa dell'importanza di queste funzioni, si è scoperto che gli enzimi metabolizzanti del NAD sono il bersaglio dei farmaci. Sebbene la carica positiva di NAD + su un atomo di azoto specifico sia scritta nel segno più apice, nella maggior parte dei casi di pH fisiologico, in realtà è un singolo anione di carica (la carica negativa è 1), mentre NADH è un doppio anione di carica.

Storia

Il coenzima NAD + è stato scoperto per la prima volta dai biochimici britannici Arthur Hadden e William John Young nel 1906. Hanno notato che l'aggiunta di estratti di lievito bolliti e filtrati ha accelerato significativamente la fermentazione dell'etanolo nell'estratto di lievito non arrotolato. Produrranno questo effetto un fattore sconosciuto per la "fermentazione". Attraverso la purificazione a lungo termine e difficile dell'estratto di lievito, il fattore termostabile è stato identificato come fosfato di zucchero nucleotidico da parte di eucheppie. Nel 1936, Otto Heinrich Voorburg, uno scienziato tedesco, mostrò la funzione del coenzima nucleotidico nel trasferimento dell'idruro e identificò la nicotinamide come sito redox [1].

Concentrazione e stato nelle cellule

Nel fegato di ratto, la quantità totale di NAD + e NADH è di circa 1 micromol per grammo di peso umido, che è circa 10 volte la concentrazione di NADP + e NADPH nella stessa cellula. [2] La concentrazione effettiva di NAD + nei citosoli è difficile da misurare. Studi recenti hanno dimostrato che è circa 0,3 mm nelle cellule animali e 1,0-2,0 mm nel lievito. [3] Tuttavia, oltre l'80% della fluorescenza NADH nei mitocondri è una forma legante, quindi la concentrazione in soluzione è molto più bassa. I dati sono limitati in altre cellule di studio, sebbene la concentrazione di NAD + nei mitocondri sia simile a quella nel citoplasma. [4] Questo NAD + viene trasportato nei mitocondri da specifici trasportatori di membrane poiché i coenzimi non possono diffondersi attraverso la membrana. [5]

L'equilibrio tra nicotinamide e adenina dinucleotide nella forma redox è chiamato rapporto NAD + / NADH. Questo rapporto è una parte importante del cosiddetto stato redox delle cellule, che riflette l'attività metabolica e lo stato di salute delle cellule. [6] L'effetto del rapporto NAD + / NADH è complesso e controlla l'attività di numerosi enzimi chiave. Nei tessuti di mammiferi sani, il rapporto tra NAD + e NADH liberi nel citoplasma è di solito circa 700; pertanto, questo rapporto è favorevole alla risposta ossidativa. [7] La percentuale di NAD + / NADH totale è molto più bassa e l'intervallo stimato di mammiferi è di 3-10. Al contrario, il rapporto NADP + / NADPH è di solito circa 0,005, quindi NADPH è la forma principale di questo coenzima. Questi diversi rapporti sono la chiave del diverso metabolismo di NADH e NADPH.

biosintesi

Il NAD + è sintetizzato attraverso due percorsi metabolici: il riciclaggio del NAD + combinando componenti esistenti come la nicotinamide o la sintesi de novo di aminoacidi. La maggior parte degli organismi sintetizza NAD + da componenti semplici. Il set di reazioni specifiche varia a seconda degli organismi, ma la caratteristica comune è la produzione di acido chinolina (QA) tra aminoacido triptofano negli animali e acido aspartico in alcuni batteri o alcuni batteri e piante. [8] L'acido chinolinico è stato trasformato in mononucleotide di acido nicotinico (namn) trasferendo il disaccaride di fosfato. La parte di adenilato viene quindi trasferita per formare nicotinato di adenina dinucleotide (NAD). Infine, la parte di acido nicotinico di NAD viene convertita in parte di nicotinamide (NAM) per formare NAD +. Inoltre, alcuni NAD + verranno convertiti in NADP +, NAD + fosforilato di NAD + chinasi. Nella maggior parte degli organismi, l'enzima utilizza l'ATP come via per formare gruppi fosfato. Sebbene diversi batteri, come il Mycobacterium tuberculosis e l'arcaea termofila, usano polifosfato inorganico come donatore di fosfato alternativo [9].

Percorso di riparazione

Oltre a assemblare NAD + da un semplice precursore di aminoacidi, la cellula recupera anche composti contenenti base di piridina. I tre precursori vitaminici utilizzati in questo metabolismo riparatore sono la niacina, la niacinamide e il ribosio Anya. Questi composti possono essere presi dalla dieta, chiamata vitamina B3 o niacina. Tuttavia, questi composti sono anche prodotti nelle cellule e attraverso la digestione NAD +. Alcuni degli enzimi coinvolti in questi percorsi di bonifica sembrano essere concentrati nel nucleo, il che può compensare il livello di consumo di NAD + nell'organello. La risposta correttiva è essenziale nell'uomo; carenza di niacina nella dieta provoca malattia della pelle con carenza di vitamina. [10] Nella reazione redox di NAD +, la circolazione tra le forme di ossidazione e riduzione non modificherà il livello complessivo di coenzima, quindi l'elevata domanda di NAD + è il consumo costante di coenzima nella reazione.

I microrganismi utilizzano metodi di riparazione diversi rispetto ai mammiferi. [11] Alcuni agenti patogeni, come Candida cerevisiae e Haemophilus influenzae, sono tipi carenti di nutrienti di NAD +, quindi non possono sintetizzare NAD +, ma hanno anche usi correttivi, quindi si basano su NAD + o altri precursori stranieri. La cosa più sorprendente è che la Chlamydia trachomatis, l'agente patogeno intracellulare, manca della biosintesi di NAD + e NADP +, o di qualsiasi candidato riconoscibile di geni, e deve ottenere questi coenzimi dal suo ospite.

Effetto

NAD + svolge diversi ruoli importanti nel metabolismo. Agisce come un coenzima nella reazione redox come post-corpo della parte ribosio dell'ADP nella reazione di ribosilazione dell'ADP, come precursore della seconda molecola messaggera ADP ribosio e come substrato della ligasi e gruppo di DNA batterico, è chiamato l'enzima silenzioso, che utilizza NAD + per rimuovere il gruppo acetilico dalla proteina. Oltre alla funzione metabolica, il NAD + appare come nucleotidi di adenina, che possono rilasciare spontaneamente le cellule attraverso meccanismi regolatori, quindi può svolgere un ruolo extracellulare importante. [12]

NAD + è una molecola che fornisce energia presente in ogni cellula del corpo, che viene utilizzata per metabolizzare, costruire nuove cellule, resistere ai radicali liberi e al danno del DNA e inviare segnali nelle cellule. Permette ai mitocondri di convertire il cibo che mangiamo nell'energia di cui il nostro corpo ha bisogno per mantenere tutte le sue funzioni. È inoltre necessario "disattivare" i geni che accelerano il processo di invecchiamento. NAD + è vitale per la vita. La sana funzione mitocondriale è una parte importante dell'invecchiamento umano. I nostri corpi hanno la capacità di produrre NAD + dagli ingredienti del cibo che mangiamo. Studi sperimentali su animali e umani hanno dimostrato che il livello di NAD + diminuisce significativamente con l'età. Questo declino ci mette a maggior rischio di degenerazione neuromuscolare, riduzione della salute metabolica cardiaca, riparazione ed elasticità. Gli scienziati di famosi istituti di ricerca hanno studiato le strategie di potenziamento del NAD + come trattamento per le malattie degenerative legate all'invecchiamento. La ricerca mostra che NAD + svolge un ruolo unico nella protezione di muscoli e tessuti, ma migliora anche il ciclo di vita. (Da wikipedia.org, compilato da

www.hsppharma.com)

Riferimento:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridin-nucleotide)" [Pyridin, il componente che trasferisce idrogeno degli enzimi di fermentazione (nucleotide di piridina)]. Biochemische Zeitschrift (in tedesco). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Misura di purine di tessuto, pirimidina e altri nucleotidi mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni a compressione radiale". Anale. Biochem. 140 (1): 162–71. DOI: 10.1016 / 0003-2697 (84) 90.148-9. 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). "I livelli mitocondriali NAD + sensibili ai nutrienti determinano la sopravvivenza cellulare". Cellula. 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. I livelli mitocondriali NAD ⁺ sensibili ai nutrienti determinano la sopravvivenza cellulare . Cellula. 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). "Identificazione del trasportatore mitocondriale NAD + in Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. DOI: 10,1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Ambiente redox della cellula visto attraverso lo stato redox della coppia disolfuro / glutatione glutatione". Radic Biol Med. 30 (11): 1191–212. DOI: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00.480-4. PMID 11368918. ]

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8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "I primi passi nella biosintesi del NAD in Arabidopsis iniziano con l'aspartato e si verificano nel plastide". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895 Facilmente accessibile. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Caratterizzazione di Mycobacterium tuberculosis NAD chinasi: analisi funzionale dell'enzima integrale mediante mutagenesi sito-diretta". Biochimica. 43 (23): 7610–7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niacina". 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). "Ricostruzione del metabolismo eucariotico del NAD". 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). "Funzioni emergenti di nucleotidi extracellulari di piridina". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10,2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Fremente accessibile. PMID 17380199 ]