Lịch sử, tổng hợp và chức năng của (NAD +) Nicotinamide adenine dinucleotide

β-Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) là một loại coenzyme truyền các proton (chính xác hơn là các ion hydro). Nó xuất hiện trong nhiều phản ứng trao đổi chất của tế bào. NADH hoặc chính xác hơn NADH + H + là dạng khử của nó, mang tối đa hai proton (được viết là NADH + H +) và thế điện cực chuẩn của nó là -0,32V.

NAD + là một coenzyme của dehydrogenase, chẳng hạn như rượu dehydrogenase (ADH), được sử dụng để oxy hóa ethanol. Nó đóng một vai trò không thể thay thế trong glycolysis, gluconeogenesis, chu kỳ axit tricarboxylic và chuỗi hô hấp. Chất trung gian sẽ chuyển hydro bị loại bỏ sang NAD, biến nó thành NAD + H +.

NAD + H + có thể được sử dụng làm chất mang hydro để tổng hợp ATP thông qua khớp nối thẩm thấu hóa học trong chuỗi chuyển điện tử.

Về độ hấp thụ, NADH có cực đại hấp thụ ở 260nm và 340nm tương ứng, trong khi NAD + chỉ có đỉnh hấp thụ ở 260nm, đây là một thuộc tính quan trọng để phân biệt hai loại này. Đây cũng là cơ sở vật lý để đo tốc độ trao đổi chất trong nhiều thí nghiệm trao đổi chất. Hệ số hấp thụ của NADH ở 260nm là 1,78x104l / (mol · cm), trong khi của NADH ở 340nm là 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo, NAD có thể được tổng hợp từ các khối xây dựng đơn giản và axit amin tryptophan hoặc axit aspartic. Thay vào đó, sự kết hợp phức tạp hơn của các enzyme được lấy từ thực phẩm, một loại vitamin gọi là niacin. Các hợp chất tương tự được giải phóng bởi phản ứng phân hủy cấu trúc NAD. Các thành phần đúc sẵn này sau đó được tái chế thành một hình thức hoạt động thông qua một kênh tái chế. Một số NAD cũng được chuyển đổi thành nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP); coenzyme liên quan này có thành phần hóa học tương tự NAD, nhưng có vai trò khác nhau trong quá trình trao đổi chất. Trong quá trình trao đổi chất, NAD + tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử, mang các electron từ phản ứng này sang phản ứng khác. Do đó, coenzyme tồn tại ở hai dạng trong các tế bào: NAD + là một chất oxy hóa có thể chấp nhận các electron từ các phân tử khác. Phản ứng tạo thành NADH, sau đó có thể được sử dụng làm chất khử để cung cấp điện tử. Những phản ứng chuyển điện tử này là các chức năng chính của NAD. Tuy nhiên, nó cũng được sử dụng trong các quá trình tế bào khác, đáng chú ý nhất là cơ chất của một enzyme có thêm hoặc loại bỏ các nhóm hóa học khỏi protein. Do tầm quan trọng của các chức năng này, người ta thấy rằng các enzyme chuyển hóa NAD là mục tiêu của thuốc. Mặc dù điện tích dương của NAD + trên một nguyên tử nitơ cụ thể được viết bằng dấu cộng siêu ký, nhưng trong hầu hết các trường hợp pH sinh lý, nó thực sự là một anion điện tích đơn (điện tích âm là 1), trong khi NADH là anion điện tích kép.

Lịch sử

Coenzyme NAD + được phát hiện lần đầu tiên bởi các nhà hóa sinh người Anh Arthur Hadden và William John Young vào năm 1906. Họ lưu ý rằng việc bổ sung các chiết xuất nấm men đun sôi và lọc đã tăng tốc đáng kể quá trình lên men ethanol trong chiết xuất men không được tráng. Họ sẽ tạo ra hiệu ứng không xác định yếu tố này cho "lên men đồng.". Thông qua quá trình tinh chế nấm men lâu dài và khó khăn, yếu tố ổn định nhiệt được xác định là nucleotide đường phosphate bởi eucheppie. Năm 1936, Otto Heinrich Voorburg, một nhà khoa học người Đức, đã chỉ ra chức năng của coenzyme nucleotide trong chuyển hydride và xác định nicotinamide là một vị trí oxy hóa khử [1].

Nồng độ và trạng thái trong các tế bào

Trong gan chuột, tổng lượng NAD + và NADH là khoảng 1 micromol cho mỗi gram trọng lượng ướt, gấp khoảng 10 lần nồng độ NADP + và NADPH trong cùng một tế bào. [2] Nồng độ thực tế của NAD + trong cytosol rất khó đo lường. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nó có khoảng 0,3 mm trong tế bào động vật và 1,0-2 mm trong nấm men. [3] Tuy nhiên, hơn 80% huỳnh quang NADH trong ty thể là dạng liên kết, do đó nồng độ trong dung dịch thấp hơn nhiều. Dữ liệu bị hạn chế trong các tế bào nghiên cứu khác, mặc dù nồng độ NAD + trong ty thể tương tự như trong tế bào chất. [4] NAD + này được đưa vào ty thể bởi các chất vận chuyển màng cụ thể vì coenzyme không thể khuếch tán qua màng. [5]

Sự cân bằng giữa nicotinamide adenine dinucleotide ở dạng oxi hóa khử được gọi là tỷ lệ NAD + / NADH. Tỷ lệ này là một phần quan trọng của cái gọi là trạng thái oxy hóa khử của tế bào, phản ánh hoạt động trao đổi chất và tình trạng sức khỏe của tế bào. [6] Ảnh hưởng của tỷ lệ NAD + / NADH rất phức tạp và kiểm soát hoạt động của một số enzyme chính. Trong các mô động vật có vú khỏe mạnh, tỷ lệ NAD + tự do so với NADH trong tế bào chất thường là khoảng 700; do đó, tỷ lệ này có lợi cho phản ứng oxy hóa. [7] Tỷ lệ tổng NAD + / NADH thấp hơn nhiều và phạm vi động vật có vú ước tính là 3-10. Ngược lại, tỷ lệ NADP + / NADPH thường khoảng 0,005, vì vậy NADPH là hình thức chính của coenzyme này. Các tỷ lệ khác nhau này là chìa khóa cho sự chuyển hóa khác nhau của NADH và NADPH.

sinh tổng hợp

NAD + được tổng hợp thông qua hai con đường trao đổi chất: Tái chế NAD + bằng cách kết hợp các thành phần hiện có như nicotinamide hoặc tổng hợp axit amin de novo. Hầu hết các sinh vật tổng hợp NAD + từ các thành phần đơn giản. Bộ phản ứng cụ thể khác nhau giữa các sinh vật, nhưng đặc điểm chung là sản xuất axit quinoline (QA) giữa axit amin tryptophan ở động vật và axit aspartic ở một số vi khuẩn hoặc một số vi khuẩn và thực vật. [8] Axit quinolinic được chuyển thành mononucleotide axit nicotinic (namn) bằng cách chuyển disacarit của phốt phát. Phần adenylate sau đó được chuyển thành dạng adenine dinucleotide (NAD). Cuối cùng, phần axit nicotinic của NAD được chuyển đổi thành phần nicotinamide (NAM) để tạo thành NAD +. Hơn nữa, một số NAD + sẽ được chuyển đổi thành NADP +, NAD + được phosphoryl hóa bởi NAD + kinase. Trong hầu hết các sinh vật, enzyme sử dụng ATP như một con đường để hình thành các nhóm phốt phát. Mặc dù một số vi khuẩn, như Mycobacterium tuberculosis và thermophilic archaea, sử dụng polyphosphate vô cơ như là một nhà tài trợ phosphate thay thế [9].

Sửa chữa đường dẫn

Ngoài việc lắp ráp NAD + từ một tiền chất axit amin đơn giản, tế bào cũng phục hồi các hợp chất có chứa pyridine. Ba tiền chất vitamin được sử dụng trong các quá trình chuyển hóa sửa chữa là niacin, Niacinamide và Anya ribose. Các hợp chất này có thể được lấy từ chế độ ăn uống, được gọi là vitamin B3 hoặc niacin. Tuy nhiên, các hợp chất này cũng được sản xuất trong các tế bào và thông qua quá trình tiêu hóa NAD +. Một số enzyme liên quan đến các con đường khắc phục này dường như tập trung trong nhân, có thể bù cho mức độ tiêu thụ NAD + trong cơ quan. Phản ứng khắc phục là điều cần thiết ở người; thiếu hụt niacin trong chế độ ăn uống gây ra bệnh thiếu vitamin. [10] Trong phản ứng oxi hóa khử của NAD +, sự lưu thông giữa các dạng oxy hóa và khử sẽ không làm thay đổi mức độ chung của coenzyme, do đó, nhu cầu cao của NAD + là sự tiêu thụ liên tục của coenzyme trong phản ứng.

Vi sinh vật sử dụng các cách khắc phục khác nhau so với động vật có vú. [11] Một số mầm bệnh, như Candida cerevisiae và Haemophilusenzae, là loại NAD + thiếu chất dinh dưỡng, vì vậy chúng không thể tổng hợp NAD +, nhưng chúng cũng có tác dụng khắc phục, vì vậy chúng phụ thuộc vào NAD + nước ngoài. Điều đáng ngạc nhiên hơn là Chlamydia trachomatis, mầm bệnh nội bào, thiếu sinh tổng hợp NAD + và NADP +, hoặc bất kỳ ứng cử viên gen nào có thể nhận biết được và phải lấy các coenzyme này từ vật chủ của nó.

Hiệu ứng

NAD + đóng một số vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất. Nó hoạt động như một coenzyme trong phản ứng oxi hóa khử như là phần sau của phần ribose ADP trong phản ứng ribosyl hóa ADP, là tiền thân của phân tử ADP ribose phân tử thứ hai và là cơ chất của ligase DNA của vi khuẩn và nhóm enzyme im lặng, sử dụng NAD + để loại bỏ nhóm acetyl khỏi protein. Ngoài chức năng trao đổi chất, NAD + xuất hiện dưới dạng các nucleotide adenine, có thể tự giải phóng các tế bào thông qua các cơ chế điều tiết, do đó nó có thể đóng vai trò ngoại bào quan trọng. [12]

NAD + là một phân tử cung cấp năng lượng được tìm thấy trong mọi tế bào của cơ thể, được sử dụng để chuyển hóa, xây dựng các tế bào mới, chống lại các gốc tự do và tổn thương DNA và gửi tín hiệu trong các tế bào. Nó cho phép ty thể chuyển đổi thực phẩm chúng ta ăn thành năng lượng mà cơ thể chúng ta cần để duy trì tất cả các chức năng của nó. Cũng cần phải "tắt" các gen làm tăng tốc quá trình lão hóa. NAD + là rất quan trọng đối với cuộc sống. Chức năng ty thể khỏe mạnh là một phần quan trọng của sự lão hóa của con người. Cơ thể chúng ta có khả năng tạo NAD + từ các thành phần trong thực phẩm chúng ta ăn. Các nghiên cứu trên động vật và người thí nghiệm đã chỉ ra rằng mức độ NAD + giảm đáng kể theo tuổi tác. Sự suy giảm này khiến chúng ta có nguy cơ thoái hóa thần kinh cơ cao hơn, giảm sức khỏe trao đổi chất của tim và sửa chữa và đàn hồi. Các nhà khoa học từ các tổ chức nghiên cứu nổi tiếng đã nghiên cứu các chiến lược tăng cường NAD + như một phương pháp điều trị các bệnh thoái hóa liên quan đến lão hóa. Nghiên cứu cho thấy NAD + đóng vai trò duy nhất trong bảo vệ cơ và mô, nhưng cũng cải thiện vòng đời. (Từ wikipedia.org, được biên soạn bởi

www.hsppharma.com)

Tài liệu tham khảo:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nucleotide)" [Pyridin, thành phần chuyển hydro của enzyme lên men (pyridine nucleotide)]. Biochemische Zeitschrift (tiếng Đức). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, V336 RL (1984). "Đo lường purine mô, pyrimidine và các nucleotide khác bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao nén xuyên tâm". Hậu môn. Sinh hóa. 140 (1): 162 Hàng71. 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). "NAD ty thể nhạy cảm dinh dưỡng nhạy cảm với mức độ quyết định sự sống của tế bào". Tế bào. 130 (6): 1095 Từ 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. Chất dinh dưỡng ty thể nhạy cảm NAD ⁺ mức độ quyết định sự sống của tế bào . Tế bào. 2007, 130 (6): 1095 Từ 107. PMC 3366687 . PMID 17889652 . doi: 10.1016 / j.cell.2007.07.035 .

5.     ^ [Todisco S, Agrimi G, Castegna A, Palmieri F (2006). "Xác định chất vận chuyển NAD + ty lạp thể ở Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Hóa. 281 (3): 1524 Từ31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Môi trường oxy hóa khử của tế bào khi nhìn qua trạng thái oxy hóa khử của cặp glutathione disulfide / glutathione". Medol Biol miễn phí. 30 (11): 1191 Từ212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7.     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman rh (2002). "Điều chỉnh chức năng cốt lõi của hạt nhân NADH". Khoa học. 295 (5561): 1895 Từ7. doi: 10.1126 / khoa học.1069300. PMID 11847309. ]

số 8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Những bước đầu trong quá trình sinh tổng hợp NAD ở Arabidopsis Bắt đầu với Aspartate và xảy ra trong Plastid". Vật lý thực vật. 141 (3): 851 trận7. doi: 10.1104 / Trang.106.081091. PMC 1489895 Hoàn toàn có thể truy cập. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Đặc tính của Mycobacterium tuberculosis NAD kinase: phân tích chức năng của enzyme có chiều dài đầy đủ bằng phương pháp gây đột biến tại chỗ". Hóa sinh. 43 (23): 7610 trận7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niacin". Annu. Mục sư 3: 289 doi: 10.1146 / annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003). "Tái tạo chuyển hóa NAD eukaryote". Sinh học. 25 (7): 683 Bóng90. doi: 10.1002 / b.10.107. PMID 12815723. ]

12. ^ [Billington RA, Bruzzone S, De Flora A, Genazzani AA, Koch-Nolte F, Ziegler M, Zocchi E (2006). "Các chức năng mới nổi của các nucleotide ngoại bào". Mol Med. 12 (11 Ném12): 324 Từ7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198 Hoàn toàn có thể truy cập. PMID 17380199 ]