Nikotinamid-adenin-dinukleotid | |
---|---|
Tábornok | |
Chem. képlet | C 21 H 27 N 7 O 14 P 2 |
Fizikai tulajdonságok | |
Állapot | fehér por |
Moláris tömeg | 663,43 g/ mol |
Termikus tulajdonságok | |
T. olvad. | 160 ℃ |
Kémiai tulajdonságok | |
Vízben való oldhatóság | 1 g/100 ml |
Osztályozás | |
CAS szám | 53-84-9 |
PubChem | 5892 |
ChemSpider | 5681 |
EINECS szám | 200-184-4 |
RTECS | UU3450000 |
CHEBI | 13389 |
gyógyszerbank | DB14128 |
MOSOLYOK | |
C1=CC(=C[N+](=C1)C2C(C(C(O2)COP(=O)([O-])OP(=O) (O)OCC3C(C(C(O3)N4C) =NC5=C4N=CN=C5N)O)O)O)O)C(=O)N | |
Az adatok standard feltételeken alapulnak (25 ℃, 100 kPa), hacsak nincs másképp jelezve. |
A nikotinamid-adenin-dinukleotid ( röv. NAD , eng. Nicotinamide adenine dinukleotid , röv. NAD , elavult difoszfopiridin-nukleotid, DPN , DPN ) egy koenzim , amely minden élő sejtben megtalálható . A NAD egy dinukleotid, és két nukleotidból áll, amelyeket foszfátcsoportjai kapcsolnak össze . Az egyik nukleotid nitrogénbázisként adenint , a másik nikotinamidot tartalmaz . A nikotinamid-adenin-dinukleotid két formában létezik: oxidált (NAD + , NAD ox ) és redukált (NADH, NAD vörös ) formában.
Az anyagcserében a NAD részt vesz a redox reakciókban , és elektronokat visz át egyik reakcióból a másikba. Így a sejtekben a NAD két funkcionális állapotban van: oxidált formája, a NAD + oxidálószer , és elektronokat vesz át egy másik molekulából , NADH-vá redukálva, amely redukálószerként szolgál és elektronokat ad. Ezek az elektronátviteli reakciók képezik a NAD elsődleges fókuszát. A NAD azonban más funkciókat is ellát a sejtben, különösen olyan enzimek szubsztrátjaként szolgál, amelyek eltávolítják vagy hozzáadják a kémiai csoportokat a fehérjékhez a poszttranszlációs módosítások során . A NAD funkcióinak fontossága miatt az anyagcseréjében részt vevő enzimek a gyógyszerkutatás célpontjai .
Az élő szervezetekben a NAD de novo szintetizálódik az aszpartát vagy triptofán aminosavakból . Más koenzim-prekurzorok exogén módon jutnak be a szervezetbe, például a niacin - vitamin (B 3 -vitamin ) étellel. Hasonló vegyületek keletkeznek a NAD-t lebontó reakciókban. Ezt követően az ilyen vegyületek újrahasznosítás útján mennek keresztül, amely visszaadja őket az aktív formájukba. Egyes NAD-molekulák nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfáttá ( NADP ) alakulnak . Ez a koenzim, amely közel áll a NAD-hoz, kémiailag hasonló ahhoz, de más-más funkciót látnak el az anyagcserében.
Bár a NAD + a nitrogénatom formális pozitív töltése miatt pluszjel van írva, fiziológiás pH -értékeknél a legtöbb NAD + valójában egy -1 negatív töltésű anion , míg a NADH egy -2 töltésű anion. .
A NAD-t a Haemophilus influenzae növekedéséhez szükséges "V-faktornak" nevezték [ 1 ] . Szintén szinonimája a β-NAD [2] .
A nikotinamid-adenin-dinukleotid két nukleotidból áll, amelyeket két foszfátcsoport hídja köt össze, amelyek mindegyike e nukleotidok egyikéhez tartozik. Ezek a nukleotidok a foszfátok mellett ribózt és nitrogénbázist tartalmaznak, az egyik nukleotidban az adenin, a másikban a nikotinamid képviseli. A foszfátok az ötödik szénatomhoz (5'-helyzet), a nitrogénbázisok pedig az elsőhöz (1'-helyzet) kapcsolódnak. A nikotinamid két különböző orientációban kapcsolódhat az anomer 1'-atomhoz, így a NAD két különböző diasztereomerként létezik . A β-nikotinamid diasztereomer NAD + megtalálható az élő szervezetekben [3] .
Az anyagcsere folyamatokban a NAD részt vesz a redox reakciókban, elektronokat fogad el vagy ad át [4] . Az ilyen reakciók, amelyek általános egyenletét az alábbiakban adjuk meg, magukban foglalják egy hidridion formális átvitelét a kiindulási anyagból (szubsztrát, RH 2 ) a NAD + molekulába . Ebben az esetben a hidridnek a nikotinamid-fragmenshez való nukleofil addíciója következik be. Így az eredeti RN 2 vegyület R-vé oxidálódik, a NAD + pedig NADH-vá redukálódik.
RH 2 + NAD + → NADH + H + + R.A hidridion elektronpárjából egy elektron a nikotinamid-fragmensben lévő pozitív töltésű nitrogénre, az elektronnak a hidridionról való leválása után visszamaradó hidrogénatom pedig a gyűrű negyedik szénatomjára (C4) kerül át. , amely a nitrogénatommal szemben helyezkedik el. A NAD + /NADH redox pár standard elektródpotenciálja -0,32 volt , ami miatt a NADH erős redukálószer [5] . A fenti reakció könnyen visszafordítható , a NADH egy másik molekulát redukál, és maga NAD +-ra oxidálódik . Emiatt a koenzim hosszú ideig tud körforogni az oxidált állapotból a redukált állapotba, és fordítva, miközben a koenzim nem fogyasztódik el [3] .
Fizikailag a koenzim mindkét formája fehér , amorf , higroszkópos por, vízben jól oldódik [ 6 ] . Szilárd állapotban a koenzim száraz körülmények között és sötétben is stabil marad. A NAD + oldat színtelen, 4 °C -on és semleges pH- n egy hétig stabil , lúgokban és savakban azonban gyorsan lebomlik . Amikor a NAD + lebomlik , olyan termékek képződnek, amelyek enzimgátlók [7] .
Mind a NAD + , mind a NADH az adenin jelenlétének köszönhetően fenntarthatóan nyeli el az ultraibolya sugárzást. Például a NAD + abszorpciós csúcsa 259 nm hullámhosszra esik , az extinkciós együttható pedig 16900 M -1 cm -1 . A NADH hosszú hullámhosszakat is elnyel, második ultraibolya abszorpciós csúcsa 339 nm-es hullámhossznak felel meg, az extinkciós együttható pedig 6200 M– 1 cm – 1 [8] . A koenzim oxidált és redukált formája közötti abszorpciós spektrumbeli különbség lehetővé teszi az egyik formából a másikba való átmenet egyszerű mérését, amikor az enzim aktivitását jellemezzük a 340 nm-es ultraibolya fény abszorpciójának spektrofotométerrel történő mérésével. [8] .
A NAD + és a NADH eltérően fluoreszkál . Oldatban a NADH emissziós csúcsa 460 nm-en, fényezési időtartama 0,4 nanoszekundum , míg a koenzim oxidált formája nem fluoreszkál [9] . A NADH fluoreszcencia paraméterei megváltoznak, amikor fehérjékhez kötődik, így ezek a változások felhasználhatók az enzimkinetika tanulmányozásában széles körben használt disszociációs állandó mérésére [9] [10] . A fluoreszcencia ezen változásai felhasználhatók a sejt redox állapotában bekövetkezett változások értékelésére is fluoreszcens mikroszkóppal [11] .
Patkánymájban a NAD + és NADH összmennyisége megközelítőleg 1 μmol / g nedves tömeg , ami 10-szer magasabb, mint a NADP + és NADPH koncentrációja ugyanazon sejtekben [12] . A NAD + tényleges koncentrációja a citoszolban nehezebben mérhető, és a modern elképzelések szerint állati sejtekben 0,3 mM [13] [14] , élesztősejtekben pedig körülbelül 1,0-2,0 mM [15] . A mitokondriumokban fluoreszkáló NADH több mint 80%-a azonban kötődik, így koncentrációja oldatban sokkal alacsonyabb [16] .
Más kompartmentekre vonatkozó adatok korlátozottak, bár ismert, hogy a NAD + koncentrációja a mitokondriumokban hasonló a citoszolban lévőhöz [14] . A citoszolból származó NAD + speciális membránhordozó fehérjéken keresztül jut be a mitokondriumokba , mivel a koenzim nem tud átdiffundálni a membránokon [17] .
A nikotinamid-adenin-dinukleotid oxidált és redukált formája közötti egyensúlyt NAD + /NADH aránynak nevezzük. Ez a kapcsolat fontos része az ún. a sejt redox állapota az anyagcsere-aktivitás és a sejtek egészségi állapotának mértéke is [18] . A NAD + /NADH aránya összetett hatású, és számos fontos enzim, köztük a gliceraldehid-3-foszfát-dehidrogenáz és a piruvát-dehidrogenáz komplex aktivitását befolyásolja . Egészséges emlősszövetekben a szabad NAD + és a NADH aránya a citoplazmában jellemzően 700 körül van; ez az érték jól alkalmazható oxidációs reakciókhoz [19] [20] . A NAD + /NADH általános aránya jóval alacsonyabb, emlősökben 3 és 10 között mozog [21] . Ugyanakkor a NADP + /NADPH arány általában körülbelül 0,005, vagyis a NADPH ennek a koenzimnek a domináns formája [22] . A NAD + /NADH és NADP + /NADPH kapcsolatok különbsége a NAD és NADP eltérő metabolikus szerepeinek hátterében áll.
A NAD + de novo szintetizálódik aminosavakból, és a piridin nukleotidok bomlástermékeinek újrahasznosításával is keletkezik.
A legtöbb organizmus aminosavakból szintetizálja a NAD +-t [4] . A reakciók specifikus halmaza a különböző organizmusokban eltérő, de a NAD + szintézis minden útját az jellemzi, hogy kinolinát (QA) képződik aszpartátból (sok baktérium és növény ) vagy triptofánból (állatok és néhány baktérium) [23] [ 24] . A kinolinátot foszforibozil-pirofoszfát dekarboxilezi és foszforibozilálja nikotinát ribonukleotiddá (NaMN). Ezt követően alternatív útvonalak lehetségesek. Ezen útvonalak egyikében az adenilát-maradék nikotinsav-adenin-dinukleotiddá (desamino-NAD + , NaAD) alakul át, majd a NaAD-ban lévő nikotinsav-maradék amidálódik , így nikotinamid-adenin-dinukleotid keletkezik [4] .
Egy további lépésben az újonnan képződött NAD + egy részét a NAD + kináz enzim NADP + -vé alakítja , amely foszforilálja a NAD +-ot [25] . A legtöbb szervezetben ez az enzim ATP -t használ foszforilcsoport-donorként, bár egyes baktériumok, mint például a Mycobacterium tuberculosis és a hipertermofil archaea Pyrococcus horikoshii , szervetlen pirofoszfátot használnak alternatív foszforilcsoport-donorként [26] [27] .
Az aszpartát vagy triptofán aminosavakból történő de novo NAD + bioszintézis mellett a sejtek kész nikotinsavból és egyes származékaiból is képesek NAD + előállítására. Noha más prekurzorok is ismertek, három természetben előforduló vegyületet használnak általában ezekben az anyagcsereutakban: a nikotinsavat (Na), a nikotinamidot (Nam) és a nikotinamid-ribozidot (NR) [4] . Ezek a vegyületek külsőleg bejuthatnak a szervezetbe (például nikotinsav és nikotinamid keverékét, úgynevezett niacint vagy B 3 -vitamint tartalmazó élelmiszerekkel ). Ezek a vegyületek azonban magában a sejtben is képződnek, ahol a nikotinamid-maradék felszabadul a NAD + -ból ADP-ribóz maradék transzfer reakciókban. Valójában a sejtmagban koncentrálódnak azok az enzimek, amelyek biztosítják a NAD + képződését a nikotinsav kész származékaiból , ami a NAD + fogyasztásával kompenzálhatja az ebben az organellumban lezajló reakciók nagy számát [28] . A sejtek NAD +-t is nyerhetnek extracelluláris környezetükből [29] .
A de novo NAD + szintézis út jelenléte ellenére a nikotinsavból és származékaiból NAD + képződésének reakciói létfontosságúak az emberek számára: niacin hiányában a pellagra betegség alakul ki [30] . A NAD + iránti ilyen nagy igény annak köszönhető, hogy állandóan fogyasztja az olyan reakciókban, mint például a poszttranszlációs módosulások, mivel a NAD + NADH-ra való átmenete és fordítva nem változtatja meg a koenzim teljes mennyiségét [4] .
A nikotinsavból és származékaiból a NAD + kialakulásának útja mikroorganizmusokban eltér az emlősökben tapasztaltaktól [31] . Egyes kórokozók , mint például a Candida glabrata élesztőgomba és a Haemophilus influenzae baktérium , auxotrófok a NAD + számára - nem képesek NAD + de novo szintetizálására, azonban ezek az organizmusok, mivel exogén NAD + prekurzoroktól függenek , képesek szintetizálni. NAD + bizonyos nikotinsav-származékok újrahasznosításával.savak. [32] [33] . A Chlamydia trachomatis intracelluláris kórokozója nem tartalmaz olyan géneket , amelyek potenciálisan részt vehetnek mind a NAD + , mind a NADP + képződési útvonalakban , és mindkét koenzimet kívülről kell beszereznie [34] .
A NAD számos fontos funkciót lát el az anyagcserében. Koenzimként működik redox reakciókban, enzimek (foszforilált szénhidrát -ciklázok , különféle epimerázok stb.) kötelező kofaktora ( protéziscsoport ), ADP-ribóz-maradékok donoraként ADP-ribozilációs reakciókban (az egyik reakció fehérjék poszttranszlációs módosítása), mint a ciklikus ADP-ribóz prekurzora , amely egy második hírvivő , valamint szubsztrátja a bakteriális DNS ligázoknak és egy enzimcsoportnak - a sirtuinoknak , amelyek NAD +-t használnak az acetilcsoportok eltávolítására enzimekből. A NAD + ezen metabolikus funkciókon kívül fontos funkciókat is elláthat a sejten kívül, mivel spontán módon vagy szabályozott folyamatok eredményeként szabadulhat fel a sejtből [36] [37] .
A NAD + legfontosabb funkciója az anyagcserében az elektronok átvitele egyik molekulából a másikba. Az ilyen típusú reakciókat az enzimek nagy csoportja, az úgynevezett oxidoreduktázok katalizálják . Ezeknek az enzimeknek a helyes neve tartalmazza mindkét szubsztrátjuk nevét (oxidálószer és redukálószer), például a NADH-ubikinon- oxidoreduktáz katalizálja az elektronok átvitelét a NADH-ból a koenzim Q -ba [38] . Ezeket az enzimeket azonban dehidrogenázoknak és reduktázoknak is nevezik: így a NADH-ubikinon-oxidoreduktázt gyakran NADH-dehidrogenáznak vagy koenzim-Q-reduktáznak is nevezik [39] .
Amikor egy fehérjéhez kötődnek, a NAD + és a NADH általában a fehérje szerkezeti motívumában található , amelyet Rossmann -redőnek neveznek [40] . Nevét Michael Rossmannról kapta , aki az első tudós volt, aki megjegyezte, hogy ez a szerkezet a nukleotidkötő fehérjékre jellemző [41] . Ennek a hajtásnak három vagy több párhuzamos béta rétege van, amelyeket két alfa-hélix köt össze béta-alfa-béta-alfa-béta sorrendben. Ennek eredményeként egy közös béta réteg képződik, amelyet mindkét oldalon egy alfa-hélix réteg szegélyez. Mivel minden Rossman-redő csak egy nukleotidot köt, a NAD + dinukleotid kötődomének két ilyen redőt tartalmaznak, amelyek mindegyike a kofaktor egy-egy nukleotidjához kötődik. Ez a hajtás azonban nem univerzális a NAD-függő enzimek között; különösen a közelmúltban leírták az aminosav-metabolizmusban részt vevő bakteriális enzimek egy osztályát, amelyek megkötik a NAD +-t , de hiányzik belőlük ez a motívum [42] .
Az enzim aktív helyéhez kötődve a NAD + nikotinamid maradék és a szubsztrát bizonyos módon kölcsönösen orientálódik, ami elősegíti a hidrid (H - ) hatékony átvitelét. Az enzimek deuterált szubsztrátokra gyakorolt hatásának vizsgálatakor kimutatták, hogy az oxidoreduktázok szelektíven adják át a hidridet a NAD + nikotinamid maradék re- vagy si -oldalára . A H– helyett a D– nikotinamid-maradékra való átvitel eredményeként a NADH két lehetséges diasztereomerje közül az egyik képződik, ami lehetővé teszi annak megállapítását, hogy a NAD + nikotinamid fragmensének melyik oldalára viszi át ez vagy az az oxidoreduktáz hidrid.
A nagy szelektivitás általában fordított folyamatoknál is megfigyelhető: az oxidoreduktázok specifikusan képesek a két NADH hidrogénatom egyikét (pro - R vagy pro - S ) átvinni a redukált szubsztrátumra. Például az élesztő alkohol-dehidrogenáza és alkohol-dehidrogenáza az emberi májból, a lovak pro- R -hidrogénatomot visznek át a szubsztrátba, a Drosophila melanogasterből származó alkohol-dehidrogenáz pedig pro- S - hidrogénatom részvételével redukciót termel [43] . A natív élesztő alkohol-dehidrogenáz egy "sztereokémiai hibát" okoz ~7 milliárd katalízis eseményenként; kimutatták, hogy a mutációk jelentősen csökkenthetik a sztereospecifitást [44] .
Ezek a tények alkalmazásra találtak az enzimreakciók kinetikájának vizsgálatában, valamint az enzimek osztályozásában. Az oxidoreduktázokat, amelyek egymást úgy orientálják, hogy a hidrid a re-oldalról támadja meg a nikotinamid-maradékot ( illetve a HR mobil a redukált koenzimben ) , A osztályú oxidoreduktázoknak nevezik , míg a B osztályú oxidoreduktázok esetében a támadás si -oldalról történik (mobil H S ) [45] .
Az enzimek vizsgálata során a NADH-molekulában a hidrogénatom kiválasztásánál leírt szelektivitás mellett a redukált szubsztrát enantiotóp oldalaira vonatkozó szelektivitást is találtunk. Ez jelezte az enzimek sztereoszelektív szerves szintézisben történő alkalmazásának lehetőségét a ketonok ( R )- vagy ( S )-alkoholokká történő átalakítására .
Bár a fehérje NAD + -hoz és NADP + -hoz való kötődésének mechanizmusa hasonló, az enzimek általában nagy specifitást mutatnak a NAD +-ra és NADP +-ra [46] . Ez a specifitás e koenzimek eltérő metabolikus szerepéből fakad, és koenzimkötő helyeik különböző aminosavkészleteket tartalmaznak. Különösen a NADP + -függő enzimek aktív központjában ionos kötés jön létre a fő lánc aminosavai és a NADP + sav-foszfát csoportja között , az aminosavak bizonyos töltései miatt. Ugyanakkor a NAD + -függő enzimek eltérő aminosav töltéssel rendelkeznek a koenzimkötő helyeken, ami megakadályozza a NADP + -hoz való kötődést . Vannak azonban kivételek ez alól az általános szabály alól: az olyan enzimek, mint az aldóz-reduktáz , a glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz , a metilén-tetrahidrofolát-reduktáz egyes fajoknál mindkét koenzimet alkalmazzák [47] .
Az oxidoreduktázok által katalizált redox reakciók minden anyagcsereút lényeges részét képezik , de legjelentősebb szerepük a tápanyagokból történő energiafelszabadítással kapcsolatos folyamatokban van . Bennük a redukált vegyületek, például a glükóz és a zsírsavak oxidálódnak, és ezzel összefüggésben energiát szabadítanak fel. Ezt az energiát a NAD + tárolja, miközben NADH-vá redukálódik egy sor zsírsav- β-oxidációs reakció, glikolízis és trikarbonsavciklus során . Az eukariótákban a citoplazmatikusan redukált NADH-ba átvitt elektronok a mitokondriumokba kerülnek, hogy helyreállítsák a mitokondriális NAD +-t a mitokondriális inga mechanizmusokon , például a malát-aszpartát ingajáraton [48] . A mitokondriális NADH-t ezután elektrontranszport lánc fehérjék oxidálják , amelyek protonokat pumpálnak a membránok közötti térbe a mitokondriális mátrixból , és az ATP szintetizálódik a proton energiájának köszönhetően az oxidatív foszforiláció során [49] . Az ingarendszereknek ugyanaz a szállítási funkciója a kloroplasztiszokban [50] .
Mivel ezekben a kapcsolt reakciósorozatokban a NAD oxidált és redukált formáját egyaránt alkalmazzák, a sejt fenntart bizonyos NAD + és NADH koncentrációkat, és a NAD + / NADH arány magas értéke lehetővé teszi, hogy ez a koenzim oxidálószerként is működjön. és redukálószer [51] . Ezzel szemben a NADPH fő feladata, hogy redukálószerként szolgáljon az anabolikus folyamatokban, különösen olyan folyamatokban vesz részt, mint a fotoszintézis és a zsírsavszintézis . Mivel a NADPH erős redukálószerként működik, és ezáltal redox reakciókat vált ki, a NADP + /NADPH arányt nagyon alacsonyan tartják [51] .
A katabolizmusban betöltött fontos szerepe ellenére a NADH bizonyos anabolikus folyamatokban is részt vesz, például a glükoneogenezisben [52] . A NADH szükségessége az anabolikus folyamatokban problémát jelent a csak kis mennyiségű energiát biztosító tápanyagokon szaporodó mikroorganizmusok számára. Például a Nitrobacter nitrifikáló baktériumok a nitritet nitráttá oxidálják , és az oxidáció során felszabaduló energia elegendő a protonok pumpálására és az ATP szintetizálására, de nem közvetlenül NADH képzésére [53] . Mivel a NADH-ra továbbra is szükség van az anabolikus reakciókban, ezek a baktériumok a nitrit-oxidoreduktáz enzimet használják , amely elegendő protonhajtóerőt hoz létre ahhoz, hogy az elektronokat az elektrontranszport-láncon az ellenkező irányba történő mozgásra kényszerítse, ami a NADH szintéziséhez vezet [54]. ] .
A NAD + koenzim az ADP-ribóz maradékok átviteli reakcióiban is elfogy . Például az ADP-ribozil-transzferáz enzimek ADP-ribóz-maradékukat adják a fehérjékhez egy poszttranszlációs módosításban, amelyet ADP-ribozilációnak neveznek [55] . Az ADP-riboziláció magában foglalhatja egyetlen ADP-ribóz maradék hozzáadását ( mono (ADP-ribozil) vagy ADP-ribóz-maradékok átvitelét a fehérjékbe, hogy ezekből a maradékokból hosszú láncokat alakítsanak ki ( poli (ADP-ribozil)) . 56] . Kezdetben a mono-ADP-ribozilációt a bakteriális toxinok , különösen a koleratoxin érésének mechanizmusaként ismerték , de részt vesz a sejtek közötti normál jelátvitelben is [57] [58] . A poli(ADP-ribozil)képzést a poli(ADP-ribóz) polimeráz enzimek végzik [56] [59] . A poli(ADP-ribóz) láncok számos sejtfolyamat szabályozásában vesznek részt, és különösen fontosak a sejtmagban , ahol részt vesznek a DNS-javításban és a telomerek karbantartásában [59] . Az intracelluláris ADP-riboziltranszferázok mellett a közelmúltban az extracelluláris ADP-riboziltranszferázok egy csoportját is leírták, ezek funkciója azonban még nem ismert [60] . A NAD + sejt RNS -ekhez is kapcsolódhat 5'-terminális módosításokkal [61] .
A NAD + másik funkciója a sejtek közötti jelátvitelben annak a ténynek köszönhető, hogy a ciklikus ADP-ribóz prekurzoraként szolgálhat , egy második hírvivőként, amely a NAD + -ból ADP-ribozilciklázok hatására képződik [ 62] . Ez a molekula részt vesz a kalcium jelátviteli útvonalakban , kiváltva a kalcium felszabadulását az intracelluláris depókban [63] . A ciklikus ADP-ribóz ezen hatása a ryanodin receptoroknak nevezett kalciumcsatornák megkötésének és ezt követő megnyitásának köszönhető ; ezek a receptorok az organellumok membránjában találhatók , például az endoplazmatikus retikulumban [64] .
A NAD + a sirtuin függvényben is használatos , pl . Sir2 [65] . Ezek a fehérjék NAD-függő deacetilázok . Tevékenységük abból áll, hogy acetilcsoportokat visznek át a fehérje szubsztrátokról a NAD + ADP-ribóz oldalára ; ez a koenzim pusztulását és nikotinamid és O-acetil-ADP-ribóz felszabadulását okozza. Úgy tűnik, a sirtuinok főként a transzkripció szabályozásában vesznek részt a hiszton dezacetilációján és a nukleoszómák szerkezetének megváltoztatásán keresztül [66] . A sirtuinok azonban nem hiszton fehérjéket is deacetilezhetnek. A sirtuinok ezen aktivitása az öregedés szabályozásában betöltött fontos szerepük miatt különösen érdekes [67] .
Egyéb NAD-függő enzimek a bakteriális DNS-ligázok , amelyek két DNS-szál végeit kapcsolják össze egy második szubsztrát, a NAD + felhasználásával AMP - maradék donorként , hogy az egyik DNS-szál végének 5'-foszfátjához kapcsolódjanak. Ezt az intermediert tovább támadja a másik DNS-szál végén lévő 3'- hidroxilcsoport , és új foszfodiészter kötés jön létre [68] . A bakteriális DNS-ligázokkal ellentétben az eukarióta DNS-ligázok ATP-t használnak a DNS-AMP intermedierek képzésére [69] .
Az elmúlt években a NAD + , mint az intercelluláris kommunikációban részt vevő extracelluláris jelzőmolekula jelentősége megállapítást nyert [37] [70] [71] . A NAD + -t a neuroszekréciós sejtek [72] és az agy [73] szinaptoszómáiból választják ki az erekbe [36] , a hólyagba [36] [74] , a vastagbélbe [75] [76] . Feltételezik, hogy a NAD + egy új neurotranszmitter , amely információt továbbít az idegsejtektől a simaizom szervek effektor sejtjeinek [75] [76] . További kutatásokra van szükség a NAD + extracelluláris hatások mechanizmusának és az emberi egészségre és betegségekre gyakorolt hatásának tisztázására.
A NAD + szintézisében és felhasználásában részt vevő enzimek fontosak a farmakológiában és a betegségek kezelésének új módozatait feltáró kutatásban [77] . Új gyógyszerek kifejlesztése során a NAD + -t három szempontból tekintik: gyógyszerek közvetlen célpontjaként, olyan enziminhibitorok és aktivátorok kifejlesztésében, amelyek szerkezetüknél fogva megváltoztatják a NAD-függő enzimek aktivitását, valamint tanulmányozzák. módszerek a NAD + bioszintézis elnyomására [78] .
Jelenleg magát a NAD + koenzimet nem használják semmilyen betegség kezelésére. Azonban a neurodegeneratív betegségek , például az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór kezelésében betöltött lehetséges szerepét tanulmányozzák [4] . Különféle adatok állnak rendelkezésre a NAD + hatásáról neurodegeneratív betegségekben. Egyes egereken végzett vizsgálatok biztató eredményeket mutatnak [79] , de az embereken végzett, placebóval végzett klinikai vizsgálatok nem mutattak semmilyen hatást [80] .
A NAD + az izoniazid gyógyszer közvetlen célpontja is , amelyet a tuberkulózis , a Mycobacterium tuberculosis baktérium által okozott fertőzés kezelésére használnak . Az izoniazid egy prodrug , és amikor egy baktériumsejtbe kerül, a peroxidáz aktiválja , amely ezt az anyagot szabad gyökös formává oxidálja [81] . Ez a gyök tovább reagál a NADH-val, és adduktumokat képez , amelyek nagyon erős inhibitorai az enoil-acil [82] [82] [82] [en] [82] [en] [82] [en]] [en] és dihidrofolát-reduktáz [83] reduktáz [83] transzport fehérje-reduktáz enzimek, amelyek nagyon erős inhibitorai az enzimeknek . Egy kísérletben az egy hétig NAD-t kapott egerek javították a sejtmag és a mitokondriumok közötti interakciót [84] .
A NAD +-t és NADH-t szubsztrátként használó és hozzájuk egyetlen erősen konzervált szerkezeti motívumon keresztül kötődő oxidoreduktázok hatalmas száma miatt felmerült egy olyan inhibitor kifejlesztésének ötlete, amely blokkolja a NAD + kötőhelyet , és csak egy bizonyos enzimre specifikus. kétségesnek tűnik [85] . Ez azonban megvalósítható lehet: például a mikofenolsav és tiazofurin alapú inhibitorok elnyomják az inozin-monofoszfát-dehidrogenázt a NAD + kötőhelyen . Ennek az enzimnek a purin metabolizmusban betöltött fontos szerepe miatt ezek a vegyületek hasznosak lehetnek rákellenes és vírusellenes gyógyszerek vagy immunszuppresszánsok [85] [86] . Más gyógyszerek nem gátlók, hanem éppen ellenkezőleg, a NAD + metabolizmusában részt vevő enzimek aktivátorai . Különösen a sirtuinok lehetnek érdekes célpontok az ilyen gyógyszerek számára, mivel ezeknek a NAD-függő deacetilázoknak az aktiválása megnöveli az élettartamot [87] . Az olyan vegyületek, mint a resveratrol , fokozzák ezen enzimek aktivitását, ami nagy jelentőséggel bírhat, mivel képesek késleltetni az öregedést mind a gerinceseknél [88] , mind a modell gerincteleneknél [89] [90] .
A NAD + bioszintézis útvonalakban mutatkozó különbségek miatt a különböző szervezetekben, különösen a baktériumok és az emberek között, a NAD + bioszintézis új területté válhat új antibiotikumok kifejlesztésében [91] [92] . Például a nikotinamidáz enzim , amely a nikotinamidot nikotinsavvá alakítja, a gyógyszerfejlesztés célpontja, mivel ez az enzim emberben nincs jelen, baktériumokban és élesztőgombákban viszont jelen van [31] .
A NAD + koenzimet Arthur Harden és William John Young angol biokémikusok fedezték fel 1906-ban [93] . Észrevették, hogy a főtt és szűrt élesztőkivonatot a főzetlen kivonatokhoz adva ez utóbbiaknál jelentősen megnövelte az alkoholos erjedést . A jelenségért felelős ismeretlen tényezőt koenzimnek nevezték el . Az élesztőkivonatokból való hosszú és bonyolult izolálás során ezt a hőálló faktort Hans von Euler-Helpin nukleotid-szacharofoszfátként azonosította [94] . 1936-ban Otto Heinrich Warburg német tudós megállapította ennek a koenzimnek a funkcióját a hidridionok átvitelében, és megállapította, hogy egy nikotinamid-maradék részt vesz a redox reakciókban [95] .
A nikotinamid forrását 1938-ban azonosították, amikor Conrad Elwedge izolálta a niacint a májból , és kimutatta, hogy ez a vitamin nikotinsavat és nikotinamidot tartalmaz [96] . Később, 1939-ben ő szolgáltatta az első meggyőző bizonyítékot arra vonatkozóan, hogy a niacint NAD + képzésére használták [97] . Az 1940-es évek elején Arthur Kornberg megtette a következő lépést a NAD + anyagcserében betöltött szerepének megértése felé : ő volt az első, aki megállapította ennek a koenzimnek a jelenlétét a bioszintetikus útvonalakban [98] . Továbbá, 1949-ben Morris Friedkin és Albert Lehninger amerikai biokémikusok bebizonyították, hogy a NAD + olyan metabolikus útvonalakhoz kapcsolódik, mint a trikarbonsavciklus és az oxidatív foszforiláció [99] . Végül 1959-ben Jack Preiss és Philip Handler leírta a NAD + bioszintézis enzimeit és intermediereit [100] [101] , ezért a de novo NAD + szintézis útvonalat gyakran Priss-Handler útvonalnak nevezik .
A NAD és NADP nem redox funkcióit csak nemrég fedezték fel [3] . A NAD + ezen első felfedezett funkciója az ADP-ribóz maradék donorként való részvétele volt az ADP-ribozilációs reakciókban; ezt az 1960-as évek elején állapították meg [102] . Később, az 1980-as és 1990-es években végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a NAD + és NADP + részt vesz a sejtek közötti jelátvitelben. A ciklikus ADP-ribóz hatását 1987-ben állapították meg [103] . A NAD + metabolizmusa és a XXI. században továbbra is az intenzív kutatások területén marad. Ez az érdeklődés különösen megnőtt azután, hogy 2000-ben Shinichiro Imai és munkatársai, a Massachusetts Institute of Technology felfedezték a NAD + -függő dezacetilázokat - sirtuinokat [104] .
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |