História, síntese e função do (NAD +) nicotinamida adenina dinucleotídeo

O dinucleotídeo de β-nicotinamida adenina (NAD +) é um tipo de coenzima que transmite prótons (mais precisamente, íons hidrogênio). Aparece em muitas reações metabólicas das células. NADH ou NADH + H + mais preciso é sua forma de redução, carregando no máximo dois prótons (escritos como NADH + H +), e seu potencial padrão de eletrodo é -0,32V.

NAD + é uma coenzima de desidrogenase, como o álcool desidrogenase (ADH), que é usada para oxidar o etanol. Desempenha um papel insubstituível na glicólise, gliconeogênese, ciclo do ácido tricarboxílico e cadeia respiratória. O intermediário passará o hidrogênio removido para o NAD, tornando-o NAD + H +.

NAD + H + pode ser usado como transportador de hidrogênio para sintetizar ATP através de acoplamento de permeação química na cadeia de transferência de elétrons.

Em termos de absorção, o NADH possui um pico de absorção em 260 nm e 340 nm, respectivamente, enquanto o NAD + possui apenas um pico de absorção em 260 nm, que é um atributo importante para distinguir os dois. Essa também é a base física para medir a taxa metabólica em muitas experiências metabólicas. O coeficiente de absorção do NADH a 260 nm é de 1,78x104l / (mol · cm), enquanto o do NADH a 340nm é de 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo, o NAD pode ser sintetizado a partir de blocos de construção simples e aminoácido triptofano ou ácido aspártico. Em vez disso, combinações mais complexas de enzimas são retiradas dos alimentos, uma vitamina chamada niacina. Compostos similares são liberados pela reação de decomposição da estrutura NAD. Esses componentes pré-fabricados são então reciclados para uma forma ativa por meio de um canal de reciclagem. Alguns NADs também são convertidos em nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP); essa coenzima relacionada é semelhante em composição química ao NAD, mas tem diferentes papéis no metabolismo. No metabolismo, o NAD + participa de reações redox, transportando elétrons de uma reação para outra. Portanto, as coenzimas existem de duas formas nas células: NAD + é um oxidante que pode aceitar elétrons de outras moléculas. A reação forma NADH, que pode ser usado como redutor para fornecer elétrons. Essas reações de transferência de elétrons são as principais funções do NAD. No entanto, também é usado em outros processos celulares, principalmente o substrato de uma enzima que adiciona ou remove grupos químicos de uma proteína. Devido à importância dessas funções, verifica-se que as enzimas metabolizantes do NAD são o alvo dos medicamentos. Embora a carga positiva de NAD + em um átomo de nitrogênio específico seja escrita no sinal de mais sobrescrito, na maioria dos casos de pH fisiológico, na verdade é um ânion de carga única (carga negativa é 1), enquanto NADH é um ânion de carga dupla.

História

A coenzima NAD + foi descoberta pela primeira vez pelos bioquímicos britânicos Arthur Hadden e William John Young em 1906. Eles observaram que a adição de extratos de levedura fervidos e filtrados acelerou significativamente a fermentação de etanol no extrato de levedura não enrolada. Eles produzirão esse efeito fator desconhecido para "co-fermentação". Através da purificação a longo prazo e difícil do extrato de levedura, o fator termoestável foi identificado como fosfato de açúcar nucleotídico por eucheppie. Em 1936, Otto Heinrich Voorburg, um cientista alemão, mostrou a função da coenzima nucleotídica na transferência de hidretos e identificou a nicotinamida como um local redox [1].

Concentração e estado nas células

No fígado de ratos, a quantidade total de NAD + e NADH é de cerca de 1 micromol por grama de peso úmido, que é cerca de 10 vezes a concentração de NADP + e NADPH na mesma célula. [2] A concentração real de NAD + nos citosóis é difícil de medir. Estudos recentes mostraram que é de cerca de 0,3 mm em células animais e 1,0-2,0 mm em leveduras. [3] No entanto, mais de 80% da fluorescência de NADH nas mitocôndrias é uma forma de ligação, portanto a concentração na solução é muito menor. Os dados são limitados em outras células do estudo, embora a concentração de NAD + nas mitocôndrias seja semelhante à do citoplasma. [4] Esse NAD + é transportado para as mitocôndrias por transportadores específicos de membrana, porque as coenzimas não podem se difundir através da membrana. [5]

O equilíbrio entre o dinucleotídeo de nicotinamida e adenina na forma redox é chamado de razão NAD + / NADH. Essa proporção é uma parte importante do chamado estado redox das células, que reflete a atividade metabólica e o estado de saúde das células. [6] O efeito da razão NAD + / NADH é complexo e controla a atividade de várias enzimas-chave. Em tecidos de mamíferos saudáveis, a proporção de NAD + livre para NADH no citoplasma é geralmente de cerca de 700; portanto, essa proporção é propícia à resposta oxidativa. [7] A proporção total de NAD + / NADH é muito menor e a faixa estimada de mamíferos é de 3-10. Por outro lado, a proporção NADP + / NADPH geralmente é de cerca de 0,005; portanto, o NADPH é a principal forma dessa coenzima. Essas diferentes proporções são a chave para o metabolismo diferente de NADH e NADPH.

biossíntese

O NAD + é sintetizado através de duas vias metabólicas: a reciclagem do NAD + combinando componentes existentes, como a nicotinamida, ou a síntese de novo de aminoácidos. A maioria dos organismos sintetiza NAD + a partir de componentes simples. O conjunto de reações específicas varia entre os organismos, mas a característica comum é a produção de ácido quinolínico (QA) entre o aminoácido triptofano em animais e o ácido aspártico em algumas bactérias ou em algumas bactérias e plantas. [8] O ácido quinolínico foi transformado em mononucleotídeo de ácido nicotínico (namn) através da transferência do dissacarídeo de fosfato. A parte de adenilato é então transferida para formar nicotinato de adenina dinucleotídeo (NAD). Finalmente, a parte do ácido nicotínico do NAD é convertida em parte da nicotinamida (NAM) para formar o NAD +. Além disso, alguns NAD + serão convertidos em NADP +, NAD + fosforilado por NAD + cinase. Na maioria dos organismos, a enzima usa o ATP como um caminho para formar grupos fosfato. Embora várias bactérias, como Mycobacterium tuberculosis e archaea termofílica, usem polifosfato inorgânico como um doador alternativo de fosfato [9].

Caminho de reparo

Além de montar o NAD + a partir de um simples precursor de aminoácido, a célula também recupera compostos contendo base de piridina. Os três precursores de vitaminas usados nesse metabolismo de reparo são niacina, niacinamida e Anya ribose. Estes compostos podem ser retirados da dieta, chamados vitamina B3 ou niacina. No entanto, esses compostos também são produzidos nas células e através da digestão com NAD +. Algumas das enzimas envolvidas nessas vias de remediação parecem estar concentradas no núcleo, o que pode compensar o nível de consumo de NAD + na organela. A resposta corretiva é essencial em humanos; deficiência de niacina na dieta causa doença de pele por deficiência de vitamina. [10] Na reação redox do NAD +, a circulação entre as formas de oxidação e redução não altera o nível geral de coenzima; portanto, a alta demanda de NAD + é o consumo constante de coenzima na reação.

Os microrganismos usam maneiras diferentes de remediação que os mamíferos. [11] Alguns patógenos, como Candida cerevisiae e Haemophilus influenzae, são tipos de NAD + deficientes em nutrientes, portanto, não podem sintetizar NAD +, mas também têm usos corretivos, por isso contam com NAD + estrangeiro ou outros precursores. O que é mais surpreendente é que Chlamydia trachomatis, o patógeno intracelular, carece da biossíntese de NAD + e NADP +, ou qualquer candidato reconhecível dos genes, e deve obter essas coenzimas de seu hospedeiro.

Efeito

NAD + desempenha vários papéis importantes no metabolismo. Atua como uma coenzima na reação redox como a parte posterior da ADP ribose na reação de ribosilação ADP, como precursora da segunda molécula mensageira ADP ribose cíclica e como substrato do DNA bacteriano ligase e grupo, é chamado a enzima silenciosa, que usa o NAD + para remover o grupo acetil da proteína. Além da função metabólica, o NAD + aparece como nucleotídeos de adenina, que podem liberar espontaneamente células por meio de mecanismos reguladores, de modo que podem desempenhar um papel extracelular importante. [12]

O NAD + é uma molécula que fornece energia, encontrada em todas as células do corpo, usada para metabolizar, construir novas células, resistir aos radicais livres e danos ao DNA e enviar sinais nas células. Permite que as mitocôndrias convertam os alimentos que ingerimos na energia que nosso corpo precisa para manter todas as suas funções. Também é necessário "desligar" os genes que aceleram o processo de envelhecimento. NAD + é vital para a vida. A função mitocondrial saudável é uma parte importante do envelhecimento humano. Nossos corpos têm a capacidade de produzir NAD + a partir dos ingredientes dos alimentos que ingerimos. Estudos experimentais em animais e humanos mostraram que o nível de NAD + diminui significativamente com a idade. Esse declínio nos coloca em maior risco de degeneração neuromuscular, diminuição da saúde metabólica cardíaca e reparo e elasticidade. Cientistas de instituições de pesquisa famosas estudam estratégias de aprimoramento do NAD + como tratamento para doenças degenerativas relacionadas ao envelhecimento. Pesquisas mostram que o NAD + desempenha um papel único na proteção dos músculos e tecidos, mas também melhora o ciclo de vida. (De wikipedia.org, compilado por

www.hsppharma.com)

Referência:

1     [Warburg O, Christian W (1936). "Piridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (piridin-nucleotide)" [Piridin, o componente de transferência de hidrogênio das enzimas de fermentação (nucleotídeo de piridina)]. Biochemische Zeitschrift (em alemão). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2)     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Medição de purina de tecido, pirimidina e outros nucleotídeos por cromatografia líquida de alta eficiência por compressão radial". Anal. Biochem. 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). "Níveis mitocondriais NAD + mitocondriais sensíveis aos nutrientes determinam a sobrevivência celular". Célula. 130 (6): 1095-107. ]

4)     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, Perez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Níveis mitocondriais sensíveis aos nutrientes NAD ^{+ determinam a} sobrevivência 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). "Identificação do transportador mitocondrial NAD + em Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Ambiente redox da célula, visto através do estado redox do casal dissulfeto / glutationa glutationa". Radic livre Biol Med. 30 (11): 1191-212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7)     ^ [Zhang Q, pistão DW, Goodman RH (2002). "Regulação da função corepressora pelo NADH nuclear". Ciência. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8)     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Os primeiros passos na biossíntese de NAD em Arabidopsis começam com o aspartato e ocorrem no plastídeo". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895Muito acessível. PMID 16698895. ]

9     ^ Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Caracterização da Mycobacterium tuberculosis NAD cinase: análise funcional da enzima de comprimento total por mutagênese dirigida ao local". 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). "Reconstruindo o metabolismo eucariótico do 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). "Funções emergentes de nucleotídeos extracelulares de piridina". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. Doi: 10.2119 / 2006-00075. Billington. PMC 1829198Muito acessível. PMID 17380199 ]