تاریخچه ، سنتز و عملکرد (NAD +) نیکوتین آمید آدنین دینوکلئوتید

β-Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) نوعی کوآنزیم است که پروتون ها (دقیق تر ، یون های هیدروژن) را منتقل می کند. در بسیاری از واکنشهای متابولیکی سلول ها ظاهر می شود. NADH یا دقیق تر NADH + H + فرم کاهش آن است که دارای حداکثر دو پروتون (با عنوان NADH + H +) است ، و پتانسیل الکترود استاندارد آن -0.32V است.

NAD + یک کوآنزیم دهیدروژناز مانند الکل دهیدروژناز (ADH) است که برای اکسیداسیون اتانول استفاده می شود. این یک نقش غیرقابل جبران در گلیکولیز ، گلوکونوژنز ، چرخه اسید tricarboxylic و زنجیره تنفسی ایفا می کند. واسطه هیدروژن برداشته شده را به NAD منتقل می کند و آنرا NAD + H + می کند.

NAD + H + می تواند به عنوان حامل هیدروژن برای سنتز ATP از طریق جفت نفوذ شیمیایی در زنجیره انتقال الکترون استفاده شود.

از نظر جذب ، NADH به ترتیب دارای 260 نانومتر و 340 نانومتر جذب می باشد ، در حالی که NAD + فقط دارای قله جذب 260 نانومتر است که یک ویژگی مهم برای تمایز این دو است. این همچنین پایه فیزیکی برای اندازه گیری میزان متابولیک در بسیاری از آزمایشات متابولیک است. ضریب جذب NADH در 260nm 1.78x104l / (mol · cm) است ، در حالی که NADH در 340nm 6.2x103 L / (mol · cm) است.

در داخل بدن ، NAD را می توان از بلوک های ساختمان ساده و اسید آمینه تریپتوفان یا اسید آسپارتیک سنتز کرد. در عوض ، ترکیبات پیچیده تری از آنزیم ها از مواد غذایی گرفته می شود ، ویتامین ای به نام نیاسین. ترکیبات مشابه با واکنش تجزیه ساختار NAD آزاد می شوند. این اجزای پیش ساخته سپس از طریق کانال بازیافت به شکل فعال بازیافت می شوند. برخی از NAD ها به نیکوتین آمید آدنین dinucleotide فسفات (NADP) تبدیل می شوند. این کوآنزیم مربوط به ترکیب شیمیایی با NAD است اما نقش متفاوتی در متابولیسم دارد. در متابولیسم ، NAD + در واکنشهای ردوکس شرکت می کند ، و الکترون ها را از یک واکنش به دیگری منتقل می کند. بنابراین ، کوآنزیم ها به دو شکل در سلول وجود دارند: NAD + یک اکسیدان است که می تواند الکترون ها را از سایر مولکول ها بپذیرد. واکنش NADH را تشکیل می دهد ، که می تواند بعنوان ماده تقلیل دهنده برای دادن الکترونها استفاده شود. این واکنشهای انتقال الکترون عملکرد اصلی NAD است. با این حال ، این ماده در فرآیندهای سلولی دیگر نیز مورد استفاده قرار می گیرد ، مهمترین آنها بستر آنزیمی است که گروه های شیمیایی را از پروتئین اضافه یا حذف می کند. به دلیل اهمیت این عملکردها ، مشخص شده است که آنزیمهای متابولیزه کننده NAD هدف داروهای مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه بار مثبت NAD + در یک اتم نیتروژن خاص در زیرنویس به علاوه زیر نوشته شده است ، اما در بیشتر موارد pH فیزیولوژیکی ، در واقع یک آنیون با بار منفرد است (بار منفی 1 است) ، در حالی که NADH آنیون بار دو برابر است.

تاریخ

کوآنزیم NAD + برای اولین بار توسط بیوشیمیست های انگلیسی آرتور هاددن و ویلیام جان یانگ در سال 1906 کشف شد. آنها خاطرنشان كردند كه افزودن عصاره مخمر آب پز و فیلتر شده به طور قابل توجهی تسریع تخمیر اتانول را در عصاره مخمر مخلوط نشده تسریع می کند. آنها این اثر ناشناخته را برای "تخمیر شرکت" تولید می کنند. با تمیز کردن طولانی مدت و دشوار عصاره مخمر ، فاکتور قابل تحمل به عنوان فسفات نوکلئوتید قند توسط eucheppie شناسایی شد. در سال 1936 ، اتو هاینریش ووربورگ ، دانشمند آلمانی ، عملکرد کوآنزیم نوکلئوتید را در انتقال هیدرید نشان داد و نیکوتین آمید را به عنوان یک سایت ردوکس شناسایی کرد [1].

غلظت و حالت در سلول

در کبد موش ، مقدار کل NAD + و NADH در حدود 1 میکرومول در هر گرم وزن مرطوب است که تقریباً 10 برابر غلظت NADP + و NADPH در همان سلول است. اندازه گیری غلظت واقعی NAD + در سیتوزول ها دشوار است. مطالعات اخیر نشان داده اند که در سلولهای حیوانات حدود 0.3 میلی متر و در مخمرها 1.0-2.0 میلی متر است. [3] با این حال ، بیش از 80٪ از فلورسانس NADH در میتوکندری شکل الزام آور است ، بنابراین غلظت موجود در محلول بسیار کمتر است. داده ها در سایر سلولهای مطالعه محدود است ، اگرچه غلظت NAD + در میتوکندری مشابه سیتوپلاسم است. [4] این NAD + توسط حمل کننده های غشایی خاص به میتوکندری منتقل می شود زیرا کوآنزیم ها نمی توانند از طریق غشای منتشر شوند. [5]

به تعادل بین نیکوتین آمید آدنین دینوکلئوتید در فرم ردوکس نسبت NAD + / NADH گفته می شود. این نسبت بخش مهمی از به اصطلاح حالت ردوك سلولها است كه نشان دهنده ی فعالیت متابولیك و وضعیت سلامتی سلول ها است. [6] تأثیر نسبت NAD + / NADH پیچیده است و فعالیت چندین آنزیم کلیدی را کنترل می کند. در بافتهای سالم پستانداران ، نسبت NAD + رایگان به NADH در سیتوپلاسم معمولاً حدود 700 است. بنابراین ، این نسبت منجر به پاسخ اکسیداتیو است. [7] نسبت کل NAD + / NADH بسیار کمتر است ، و دامنه تخمینی پستانداران 3-10 است. در مقابل ، نسبت NADP + / NADPH معمولاً در حدود 0.005 است ، بنابراین NADPH شکل اصلی این کوآنزیم است. این نسبت های مختلف کلید اصلی متابولیسم مختلف NADH و NADPH است.

بیوسنتز

NAD + از طریق دو مسیر متابولیک سنتز می شود: بازیافت NAD + با ترکیب اجزای موجود مانند نیکوتین آمید ، یا سنتز اسیدهای آمینه. بیشتر ارگانیسم ها NAD + را از مؤلفه های ساده سنتز می کنند. مجموعه واکنش خاص در بین ارگانیسم ها متفاوت است ، اما ویژگی مشترک تولید اسید کینولین (QA) بین اسید آمینه تریپتوفان در حیوانات و اسید آسپارتیک در برخی باکتری ها یا برخی باکتری ها و گیاهان است. [8] اسید کوینولینیک با انتقال دی سکارید فسفات به اسید نیکوتین مونونوکلئوتید (نمن) تبدیل شد. قسمت آدنیلات پس از آن به شکل نیکوتین آدنین دینوکلئوتید (NAD) منتقل می شود. سرانجام ، قسمت نیکوتینیک اسید NAD به قسمت نیکوتین آمید (NAM) تبدیل می شود تا NAD + تشکیل شود. علاوه بر این ، برخی از NAD + توسط NAD + کیناز به NADP + تبدیل می شوند ، NAD + فسفریله شده می شوند. در بیشتر ارگانیسم ها ، آنزیم از ATP به عنوان مسیری برای تشکیل گروه های فسفات استفاده می کند. اگرچه چندین باکتری ، مانند مایکوباکتریوم توبرکلوزیس و باستان گرما ، از پلی فسفات معدنی به عنوان یک اهدا کننده جایگزین فسفات استفاده می کنند [9].

مسیر تعمیر

علاوه بر مونتاژ NAD + از پیش ساز اسید آمینه ساده ، سلول همچنین ترکیبات حاوی پایه پیریدین را بازیابی می کند. سه پیش ساز ویتامین مورد استفاده در این متابولیسم ترمیم عبارتند از: نیاسین ، نیاسینامید و آنیا ریبوز. این ترکیبات را می توان از رژیم غذایی به نام ویتامین B3 یا نیاسین گرفت. با این حال ، این ترکیبات همچنین در سلول ها و از طریق هضم NAD + تولید می شوند. به نظر می رسد برخی از آنزیم های درگیر در این مسیرهای اصلاح در هسته متمرکز شده اند که ممکن است میزان مصرف NAD + را در اندامک جبران کند. پاسخ درمانی در انسان ضروری است. کمبود نیاسین در رژیم غذایی باعث کمبود ویتامین بیماری پوستی می شود. [10] در واکنش ردوکس NAD + ، گردش بین اشکال اکسیداسیون و کاهش سطح کلی کوآنزیم را تغییر نمی دهد ، بنابراین تقاضای زیاد NAD + مصرف مداوم کوآنزیم در واکنش است.

میکروارگانیسم ها نسبت به پستانداران از روش های مختلف ترمیم استفاده می کنند. [11] برخی از پاتوژن ها ، مانند Candida cerevisiae و Haemophilus آنفلوآنزا ، انواع کمبود مواد مغذی NAD + هستند ، بنابراین نمی توانند NAD + را سنتز کنند ، اما آنها نیز از داروهای درمانی استفاده می کنند ، بنابراین به NAD + یا سایر پیشروهای خارجی اعتماد دارند. آنچه تعجب آورتر این است که Chlamydia trachomatis ، پاتوژن داخل سلولی ، فاقد بیوسنتز NAD + و NADP + یا هر نامزد قابل تشخیص ژنها است و باید این کوآنزیمها را از میزبان آن بدست آورد.

اثر

NAD + نقش مهمی در متابولیسم بازی می کند. این ماده به عنوان یک کوآنزیم در واکنش ردوکس بعنوان کسری از قسمت ADP ribose در واکنش ریبوزلاسیون ADP عمل می کند ، به عنوان پیشرو مولکول پیام دهنده دوم چرخه ADP حلقوی چرخه ، و به عنوان بستر لیگاز و گروه DNA DNA باکتریایی شناخته می شود. آنزیم خاموش ، که از NAD + برای حذف گروه استیل از پروتئین استفاده می کند. علاوه بر عملکرد متابولیک ، NAD + به عنوان نوکلئوتیدهای آدنین ظاهر می شود ، که می تواند بطور خودبخود سلول ها را از طریق مکانیسم های نظارتی آزاد کند ، بنابراین می تواند نقش مهمی خارج سلولی ایفا کند. [12]

NAD + یک مولکول تأمین کننده انرژی است که در هر سلول بدن یافت می شود ، که برای متابولیسم ، ساخت سلول های جدید ، مقاومت در برابر رادیکال های آزاد و آسیب DNA و ارسال سیگنال در سلول ها استفاده می شود. این میتوکندری را قادر می سازد مواد غذایی را که می خوریم به انرژی مورد نیاز بدن برای حفظ تمام عملکردهای خود تبدیل کند. همچنین نیاز به "خاموش کردن" ژنهایی که روند پیری را تسریع می کنند وجود دارد. NAD + برای زندگی بسیار حیاتی است. عملکرد میتوکندری سالم بخش مهمی از پیری انسان است. بدن ما توانایی تهیه NAD + از مواد موجود در غذایی را که می خوریم ، می باشد. مطالعات تجربی روی حیوان و انسان نشان داده است که سطح NAD + با افزایش سن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این کاهش ما را در معرض خطر بیشتر از تخریب عصبی عضلانی ، کاهش سلامت متابولیک قلبی و ترمیم و ارتجاعی قرار می دهد. دانشمندان مؤسسات تحقیقاتی مشهور در حال مطالعه استراتژیهای تقویت NAD + به عنوان درمانی برای بیماریهای دژنراتیو مرتبط با پیری هستند. تحقیقات نشان می دهد که NAD + نقش بی نظیری در محافظت از عضلات و بافت ها دارد ، اما باعث بهبود چرخه زندگی می شود. (از wikipedia.org ، تالیف شده توسط

www.hsppharma.com)

ارجاع:

1     [Warburg O ، Christian W (1936). "Pyridin، der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (پیریدین-نوکلئوتید)" [پیریدین ، مؤلفه انتقال دهنده هیدروژن آنزیم های تخمیر (نوکلئوتید پیریدین)]. Biochemische Zeitschrift (به آلمانی). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2     ^ [Reiss PD، Zuurendonk PF، Veech RL (1984). "اندازه گیری پورین بافت ، پیریمیدین و سایر نوکلئوتیدها با استفاده از کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا فشرده سازی شعاعی". مقعد بیوشیم 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). "میتوکندری NAD + حساس به مواد مغذی و سطوح زنده ماندن سلول". سلول. 130 (6): 1095-107. ]

4     ^ یانگ H ، یانگ 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. میتوکندری NAD ⁺ حساس به مواد مغذی و زنده ماندن سلول دیکته . سلول. 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). "شناسایی حمل و نقل میتوکندری NAD + در ساکارومایسس سرویزیه". جی بیول شیمی 281 (3): 1524-31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6     ^ [Schafer FQ ، Buettner GR (2001). "محیط ردوكس سلول از طریق وضعیت ردوكس زوج گلوتاتیون دی سولفید / گلوتاتیون". رایگان Radic Biol Med. 30 (11): 1191–212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7     ^ [ژانگ Q ، پیستون DW ، گودمن RH (2002). "تنظیم عملکرد هسته هسته ای توسط NADH هسته ای". علوم پایه. 295 (5561): 1895-7. doi: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8     ^ [Katoh A ، Uenohara K، Akita M، Hashimoto T (2006). "مراحل اولیه در بیوسنتز NAD در آرابیدوپسیس با آسپارتات و در پلاستیک رخ می دهد". فيزيول گياهي 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895 کاملاً در دسترس است. PMID 16698895. ]

9     ^ [Raffaelli N، Finaurini L، Mazzola F، Pucci L، Sorci L، Amici A، Magni G (2004). "خصوصیات مایکوباکتریوم توبرکلوزیس NAD کیناز: تجزیه و تحلیل عملکردی آنزیم تمام طول توسط جهش زایی سایت به کارگردانی". بیوشیمی 43 (23): 7610–7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [هندرسون LM (1983). "نیاسین". آنو روح النصر. 3: 289–307. doi: 10.1146 / annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A، Andris F، Van Gool F، Leo O (2003). "بازسازی متابولیسم یوکاریوتی 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). "عملکردهای نوکلئوتید پیریدین خارج سلولی". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198 کاملاً در دسترس است. PMID 17380199 ]