Historia, síntesis y función del dinucleótido adenina de nicotinamida (NAD +)

El dinucleótido de β-nicotinamida adenina (NAD +) es un tipo de coenzima que transmite protones (más exactamente, iones de hidrógeno). Aparece en muchas reacciones metabólicas de las células. NADH o más preciso NADH + H + es su forma de reducción, que transporta como máximo dos protones (escritos como NADH + H +), y su potencial de electrodo estándar es -0.32V.

NAD + es una coenzima de deshidrogenasa, como la alcohol deshidrogenasa (ADH), que se usa para oxidar etanol. Desempeña un papel insustituible en la glucólisis, la gluconeogénesis, el ciclo del ácido tricarboxílico y la cadena respiratoria. El intermedio pasará el hidrógeno eliminado a NAD, convirtiéndolo en NAD + H +.

NAD + H + se puede usar como portador de hidrógeno para sintetizar ATP a través del acoplamiento de permeación química en la cadena de transferencia de electrones.

En términos de absorción, NADH tiene un pico de absorción a 260 nm y 340 nm respectivamente, mientras que NAD + solo tiene un pico de absorción a 260 nm, que es un atributo importante para distinguir los dos. Esta es también la base física para medir la tasa metabólica en muchos experimentos metabólicos. El coeficiente de absorción de NADH a 260 nm es 1.78x104l / (mol · cm), mientras que el de NADH a 340 nm es 6.2x103 L / (mol · cm).

In vivo, el NAD se puede sintetizar a partir de bloques de construcción simples y el aminoácido triptófano o ácido aspártico. En cambio, se toman combinaciones más complejas de enzimas de los alimentos, una vitamina llamada niacina. Compuestos similares se liberan por la reacción de descomposición de la estructura NAD. Estos componentes prefabricados se reciclan en una forma activa a través de un canal de reciclaje. Algunos NAD también se convierten en nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP); Esta coenzima relacionada es similar en composición química a NAD, pero tiene diferentes funciones en el metabolismo. En el metabolismo, NAD + participa en reacciones redox, transportando electrones de una reacción a otra. Por lo tanto, las coenzimas existen en dos formas en las células: NAD + es un oxidante que puede aceptar electrones de otras moléculas. La reacción forma NADH, que luego puede usarse como reductor para dar electrones. Estas reacciones de transferencia de electrones son las funciones principales de NAD. Sin embargo, también se usa en otros procesos celulares, especialmente el sustrato de una enzima que agrega o elimina grupos químicos de una proteína. Debido a la importancia de estas funciones, se encuentra que las enzimas metabolizadoras de NAD son el objetivo de las drogas. Aunque la carga positiva de NAD + en un átomo de nitrógeno específico se escribe en el signo más superíndice, en la mayoría de los casos de pH fisiológico, en realidad es un anión de carga única (carga negativa es 1), mientras que NADH es un anión de carga doble.

Historia

La coenzima NAD + fue descubierta por primera vez por los bioquímicos británicos Arthur Hadden y William John Young en 1906. Observaron que la adición de extractos de levadura hervidos y filtrados aceleró significativamente la fermentación de etanol en el extracto de levadura no enrollado. Producirán este efecto factor desconocido para la "fermentación". Mediante la purificación a largo plazo y difícil del extracto de levadura, el eucheppie identificó el factor termoestable como fosfato de azúcar nucleótido. En 1936, Otto Heinrich Voorburg, un científico alemán, mostró la función de la coenzima de nucleótidos en la transferencia de hidruros e identificó la nicotinamida como un sitio redox [1].

Concentración y estado en las células.

En el hígado de rata, la cantidad total de NAD + y NADH es de aproximadamente 1 micromol por gramo de peso húmedo, que es aproximadamente 10 veces la concentración de NADP + y NADPH en la misma célula. [2] La concentración real de NAD + en los citosoles es difícil de medir. Estudios recientes han demostrado que es aproximadamente 0.3 mm en células animales y 1.0-2.0 mm en levadura. [3] Sin embargo, más del 80% de la fluorescencia de NADH en las mitocondrias es de forma vinculante, por lo que la concentración en la solución es mucho menor. Los datos son limitados en otras células del estudio, aunque la concentración de NAD + en las mitocondrias es similar a la del citoplasma. [4] Este NAD + es transportado a la mitocondria por transportadores específicos de membrana porque las coenzimas no pueden difundirse a través de la membrana. [5]

El equilibrio entre el dinucleótido de nicotinamida y adenina en la forma redox se denomina relación NAD + / NADH. Esta relación es una parte importante del llamado estado redox de las células, que refleja la actividad metabólica y el estado de salud de las células. [6] El efecto de la relación NAD + / NADH es complejo y controla la actividad de varias enzimas clave. En tejidos de mamíferos sanos, la proporción de NAD + libre a NADH en el citoplasma suele ser de aproximadamente 700; por lo tanto, esta relación es propicia para la respuesta oxidativa. [7] La proporción de NAD + / NADH total es mucho menor, y el rango estimado de mamíferos es de 3-10. En contraste, la relación NADP + / NADPH es generalmente de aproximadamente 0.005, por lo que NADPH es la forma principal de esta coenzima. Estas diferentes proporciones son la clave para diferentes metabolismos de NADH y NADPH.

biosíntesis

NAD + se sintetiza a través de dos vías metabólicas: el reciclaje de NAD + mediante la combinación de componentes existentes como la nicotinamida o la síntesis de aminoácidos de novo. La mayoría de los organismos sintetizan NAD + a partir de componentes simples. El conjunto de reacciones específicas varía entre los organismos, pero la característica común es la producción de ácido de quinolina (QA) entre el aminoácido triptófano en animales y el ácido aspártico en algunas bacterias o algunas bacterias y plantas. [8] El ácido quinolínico se transformó en mononucleótido de ácido nicotínico (namn) transfiriendo el disacárido de fosfato. La parte de adenilato se transfiere para formar dinucleótido de adenina nicotinato (NAD). Finalmente, la parte de ácido nicotínico de NAD se convierte en parte de nicotinamida (NAM) para formar NAD +. Además, algunos NAD + se convertirán en NADP +, NAD + fosforilado por la NAD + quinasa. En la mayoría de los organismos, la enzima usa ATP como vía para formar grupos fosfato. Aunque varias bacterias, como Mycobacterium tuberculosis y arqueas termofílicas, utilizan polifosfato inorgánico como donante de fosfato alternativo [9].

Ruta de reparación

Además de ensamblar NAD + a partir de un precursor de aminoácidos simple, la célula también recupera compuestos que contienen base de piridina. Los tres precursores de vitaminas utilizados en estos metabolismos de reparación son niacina, niacinamida y anya ribosa. Estos compuestos se pueden tomar de la dieta, llamada vitamina B3 o niacina. Sin embargo, estos compuestos también se producen en las células y a través de la digestión NAD +. Algunas de las enzimas involucradas en estas vías de remediación parecen estar concentradas en el núcleo, lo que puede compensar el nivel de consumo de NAD + en el orgánulo. La respuesta correctiva es esencial en humanos; La deficiencia de niacina en la dieta causa deficiencia de vitaminas en la enfermedad de la piel. [10] En la reacción redox de NAD +, la circulación entre las formas de oxidación y reducción no cambiará el nivel general de coenzima, por lo que la alta demanda de NAD + es el consumo constante de coenzima en la reacción.

Los microorganismos usan diferentes formas de remediación que los mamíferos. [11] Algunos patógenos, como Candida cerevisiae y Haemophilus influenzae, son tipos de NAD + deficientes en nutrientes, por lo que no pueden sintetizar NAD +, pero también tienen usos correctivos, por lo que dependen de NAD + u otros precursores extraños. Lo que es más sorprendente es que Chlamydia trachomatis, el patógeno intracelular, carece de la biosíntesis de NAD + y NADP +, o cualquier candidato reconocible de genes, y debe obtener estas coenzimas de su huésped.

Efecto

NAD + juega varios papeles importantes en el metabolismo. Actúa como una coenzima en la reacción redox, ya que el cuerpo posterior de la ADP ribosa parte en la reacción de ribosilación de ADP, como el precursor de la segunda molécula mensajera cíclica ADP ribosa, y como el sustrato de la ADN ligasa y grupo bacteriano, se llama la enzima silenciosa, que usa NAD + para eliminar el grupo acetilo de la proteína. Además de la función metabólica, NAD + aparece como nucleótidos de adenina, que pueden liberar células espontáneamente a través de mecanismos reguladores, por lo que pueden desempeñar un papel extracelular importante. [12]

NAD + es una molécula proveedora de energía que se encuentra en cada célula del cuerpo, que se utiliza para metabolizar, construir nuevas células, resistir los radicales libres y el daño del ADN, y enviar señales en las células. Permite a las mitocondrias convertir los alimentos que comemos en la energía que nuestro cuerpo necesita para mantener todas sus funciones. También es necesario "desactivar" los genes que aceleran el proceso de envejecimiento. NAD + es vital para la vida. La función mitocondrial saludable es una parte importante del envejecimiento humano. Nuestros cuerpos tienen la capacidad de hacer NAD + a partir de los ingredientes en los alimentos que comemos. Los estudios experimentales en animales y humanos han demostrado que el nivel de NAD + disminuye significativamente con la edad. Esta disminución nos pone en mayor riesgo de degeneración neuromuscular, disminución de la salud metabólica cardíaca y reparación y elasticidad. Científicos de instituciones de investigación famosas han estado estudiando estrategias de mejora NAD + como tratamiento para enfermedades degenerativas relacionadas con el envejecimiento. La investigación muestra que NAD + juega un papel único en la protección muscular y tisular, pero también mejora el ciclo de vida. (De wikipedia.org, compilado por

www.hsppharma.com)

Referencia:

1)     [Warburg O, Christian W (1936). "Piridina, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridina-nucleótido)" [Piridina, el componente de transferencia de hidrógeno de las enzimas de fermentación (nucleótido de piridina)]. Biochemische Zeitschrift (en alemán). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2)     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Medición de purina de tejido, pirimidina y otros nucleótidos por cromatografía líquida de alta resolución con compresión radial". Anal. Biochem. 140 (1): 162–71. doi: 10.1016 / 0003-2697 (84) 90148-9. PMID 6486402. ]

3)     ^ [Yang H, Yang T, Baur JA, Pérez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA (2007). "Los niveles de NAD + mitocondrial sensible a nutrientes dictan la supervivencia celular". Célula. 130 (6): 1095-107. ]

4)     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, Pérez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Los niveles NAD ⁺ mitocondriales sensibles a los nutrientes dictan la supervivencia celular . Célula. 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). "Identificación del transportador mitocondrial NAD + en Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6)     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Entorno redox de la célula como se ve a través del estado redox de la pareja de glutatión disulfuro / glutatión". Radic libre Biol Med. 30 (11): 1191–212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7)     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). "Regulación de la función corepressor por NADH nuclear". Ciencias. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8)     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Los primeros pasos en la biosíntesis de NAD en Arabidopsis comienzan con aspartato y ocurren en el plastidio". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895 De fácil acceso. PMID 16698895. ]

9)     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Caracterización de Mycobacterium tuberculosis NAD quinasa: análisis funcional de la enzima de longitud completa por mutagénesis dirigida al sitio". Bioquímica. 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). "Reconstrucción del metabolismo eucariota NAD". Bioensayos. 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). "Funciones emergentes de nucleótidos de piridina extracelulares". Mol Med. 12 (11-12): 324-7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198 De fácil acceso. PMID 17380199 ]