Nikotinamidadenindinukleotid

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Nikotinamid adenin dinukleotid
Strukturní vzorec

Strukturní vzorec

Obecné
Systematický název nikotinamidadenindinukleotid
Sumární vzorec C21H27N7O14P2
Vzhled bílý prášek
Identifikace
Registrační číslo CAS
Vlastnosti
Molární hmotnost 664,425 g/mol
Bezpečnost
GHS07 – dráždivé látky
GHS07
[1]
Varování[1]
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Nikotinamidadenindinukleotid (zkráceně NAD) je koenzym skládající se z nikotinamidu, adeninu, dvou molekul ribózy a dvou fosfátů, jež jsou navzájem propojeny jako nukleotidy (adenosindifosfát, na nějž je navázána ribóza a za ní nikotinamid). Nikotinamid (pyridinový kruh) je oxidován nebo redukován, čímž dusík získává nebo ztrácí svůj kladný náboj. NAD tak existuje ve dvou formách - oxidovaná NAD+ a redukovaná forma NADH.

NAD se podílí na biologických oxidačně-redukčních reakcích, které přenášejí elektrony mezi sloučeninami. NAD+ je oxidační činidlo, které přijímá elektrony z jiných molekul a redukuje se. Tak vzniká redukční činidlo NADH, které elektrony odevzdává. Tyto reakce přenosu elektronů jsou hlavní funkcí NAD v živých organismech. Používá se však i v jiných buněčných procesech, zejména jako substrát enzymů při přidávání nebo odstraňování chemických skupin do nebo z bílkovin v posttranslačních modifikacích.

NAD se nachází ve všech živých buňkách a má velmi důležité funkce pro metabolismus. Má velký biochemický význam jako důležitá složka koenzymů NADH/NAD+ a NADPH/NADP+, které jsou schopné reverzibilní vodíkové vazby.

Historie[editovat | editovat zdroj]

  • Arthur Harden - objevitel NAD
    V roce 1906 objevili koenzym NAD+ britský biochemik Arthur Harden a William John Young. Všimli si, že přidání vařeného a filtrovaného kvasnicového extraktu výrazně urychlilo alkoholové kvašení v nevařených kvasnicových extraktech. Faktor zodpovědný za tento efekt nazvali koferment (později koenzym).
  • V roce 1929 získal Hans von Euler-Chelpin Nobelovu cenu mimo jiné za identifikaci tohoto kofermentu jako nukleotidový cukrový fosfát.  
  • V roce 1936 německý vědec Otto Heinrich Warburg ukázal funkci nukleotidového koenzymu při přenosu hydridů a identifikoval nikotinamidovou část jako místo redoxních reakcí.
  • V roce 1938 byly poprvé identifikována vitamínové prekurzory NAD+ Conradem Elvehjemem. V roce 1939 podal první silný důkaz, že niacin se používá k syntéze NAD+.  
  • V roce 1940 byl Arthur Kornberg první, kdo detekoval NAD+ v metabolických drahách.  
  • V roce 1949 američtí biochemici Morris Friedkin a Albert L. Lehninger dokázali, že NADH spojuje metabolické dráhy, jako je cyklus kyseliny citronové, se syntézou ATP při oxidační fosforylaci.  
  • V roce 1958 Jack Preiss a Philip Handler objevili meziprodukty a enzymy zapojené do biosyntézy NAD+. Záchranná syntéza z kyseliny nikotinové se proto nazývá Preiss-Handlerova cesta.
  • V letech 1980 a 1990 byly odhaleny aktivity metabolitů NAD+ a NADP+ v buněčné signalizaci - jako je působení cyklické ADP-ribózy, která byla objevena v roce 1987.
  • V roce 2009 navrhl vědec Shin-ichiro Imai hypotézu "NAD World", že klíčovými regulátory stárnutí a dlouhověkosti u savců jsou sirtuin 1 a primární enzym syntetizující NAD+ nikotinamidfosforibosyltransferáza (NAMPT). V roce 2016 Imai rozšířil svou hypotézu na "NAD World 2.0", která předpokládá, že extracelulární NAMPT z tukové tkáně udržuje NAD+ v hypothalamu (kontrolní centrum) ve spojení s myokiny z buněk kosterního svalstva.

Struktura NAD[editovat | editovat zdroj]

NAD+ (oxidovaná forma NADH), obsahuje nikotinamidovou složku (zvýrazněna červeně)

NAD se nazývá dinukleotid, protože se skládá ze dvou nukleotidů spojených přes jejich fosfátové skupiny. Jeden nukleotid obsahuje bázi adenin a druhý nikotinamid.

NAD existuje ve dvou formách: oxidovaná a redukovaná forma, zkráceně NAD+ a NADH. Tyto dvě formy jsou způsobené aktivní nikotinamidovou skupinou, která prochází oxidací a redukcí v mnoha metabolických drahách.

NAD+ působí jako nosič elektronů, který v buňce pomáhá při vzájemné přeměně energie mezi živinami a energetickou sloučeninou adenosintrifosfátem (ATP). Formální náboj dusíku nikotinamidu je stabilizován sdílenými elektrony ostatních atomů uhlíku v aromatickém kruhu.

Aktivní nikotinamidová skupina v molekule NAD+ prochází oxidací a redukcí v mnoha metabolických drahách.

NADH vzniká přidáním atomu hydridu k NAD+, molekula pak ztrácí své aromatické vlastnosti a tím i stabilitu. Tento produkt s vyšší energií ji později ztrácí uvolňováním hydridu zpět na NAD+. V případě elektronového transportního řetězce pomáhá při tvorbě adenosintrifosfátu. Jeden mol NADH uvolní při oxidaci 158,2 kJ energie.

Biosyntéza NAD[editovat | editovat zdroj]

NAD+ je syntetizován dvěma metabolickými cestami:

Cesty De novo[editovat | editovat zdroj]

Tři prekurzory pro záchranné cesty NAD+.

Většina organismů syntetizuje NAD+ z jednoduchých složek. Specifický soubor reakcí se mezi organismy liší, ale společným rysem je tvorba kyseliny chinolinové z aminokyseliny – buď tryptofanu (Trp) u zvířat a některých bakterií nebo kyseliny asparagové (Asp) u některých bakterií a rostlin.

Záchranné cesty[editovat | editovat zdroj]

Záchranné cesty jsou nezbytné především kvůli nedostatek nikotinamidu (vitamínu B3 - niacinu) ve stravě, který způsobuje onemocnění pellagra. Hlavním zdrojem NAD+ u savců jsou tak záchranné cesty, které recyklují nikotinamid produkovaný enzymy využívajícími NAD+.  

V záchranných metabolických cestách jsou využívány tři prekurzory vitamínů, kterými jsou kyselina nikotinová (NA), nikotinamid (Nam) a nikotinamid ribosid (NR). Tyto sloučeniny mohou být převzaty ze stravy, ale při jejich nedostatku jsou produkovány v buňkách trávením buněčného NAD+. Některé enzymy zapojené do těchto záchranných cest jsou koncentrovány v buněčném jádře. Některé savčí buňky mohou přijímat nikotinamid absorpcí ze střeva.

Funkce NAD[editovat | editovat zdroj]

NAD má v metabolismu několik základních rolí:

  • koenzym v redoxních reakcích,
  • dárce ADP-ribózových moiet v ADP-ribosylačních reakcích,
  • prekurzor druhé molekuly posla cyklické ADP-ribózy,
  • substrát pro bakteriální DNA ligázy a skupinu enzymů nazývaných sirtuiny, které používají NAD+ k odstranění acetylových skupin z bílkovin.
  • kromě těchto metabolických funkcí se NAD+ objevuje jako adeninový nukleotid, který může být uvolněn z buněk spontánně nebo regulovanými mechanismy. Může proto mít důležitou extracelulární roli a podílet se na komunikaci buněk.

Klinický význam[editovat | editovat zdroj]

Návrh a vývoj léčiv využívá NAD několika způsoby:

  • Navrhuje inhibitory nebo aktivátory enzymů, které mění aktivitu enzymů závislých na NAD. To umožňuje inhibovat nebo aktivovat biosyntézu NAD.
  • Využívá NAD k identifikaci rakovinných buněk, které využívají zvýšenou glykolýzu. NAD zvyšuje glykolýzu, a proto je často v rakovinných buňkách zesílena.
  • Studuje se využití NAD v terapii neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba nebo Muliple skleróza.  
  • Vzhledem k rozdílům v metabolických drahách biosyntézy NAD mezi organismy, například mezi bakteriemi a lidmi, je tato oblast metabolismu slibnou oblastí pro vývoj nových antibiotik.  
  • V bakteriologii se NAD, někdy označovaný jako faktor V, používá jako doplněk kultivačních médií pro některé náročné bakterie.

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Nicotinamidadenindinukleotid na německé Wikipedii a Nicotinamide adenine dinucleotide na anglické Wikipedii.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  1. a b Nadide. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky)