NAD

Giáo viên hướng dẫn: T.S.Võ Văn Toàn
Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Thuỷ
Năm học :2009 - 2010
Môn : Năng lượng sinh học
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Nicotinamid adenine dinucleotide, viết tắt là NAD + là một coenzym được tìm thấy tại tất cả các tế bào sống.
Hợp chất này là một dinucleotide, vì nó bao gồm hai nucleotide tham gia thông qua các nhóm phosphat của chúng, với một nucleotide có chứa một cơ sở adenine và nicotinamide chứa khác.
Trong quá trình chuyển hóa, NAD+ tham gia vào các phản ứng khử, mang điện tử từ một phản ứng này đến một phản ứng khác. Do đó coenzyme có 2 chức năng trong tế bào:
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
- Tuy nhiên, nó cũng được sử dụng trong quá trình di động khác, đáng chú ý như là một chất nền của các enzym có thêm hoặc bỏ các nhóm hóa học từ các protein, trong sửa đổi vật lý. Bởi vì tầm quan trọng của các chức năng này, các enzym tham gia vào NAD+ chuyển hóa thành cách sản phẩm phức tạp giúp phát hiện ma túy qua các chất cấu thành.

- NAD+ là một tác nhân oxy hóa - nó nhận các điện tử từ các phân tử khác và nhường điện tích. Phản ứng đó tạo thành NADH, mà sau đó nó có thể được sử dụng như một tác nhân dẫn đến việc nhường electron. Những phản ứng chuyển điện tử là những chức năng chính của NAD+.
Trong các sinh vật, NAD có thể được tổng hợp từ các khối xây dựng đơn giản (de novo) từ các axit amin tryptophan hoặc axit aspartic . Ngoài ra, các thành phần phức tạp hơn của coenzyme được lấy từ thực phẩm như vitamin gọi là niacin. Các hợp chất tương tự được tạo ra bởi các phản ứng phá vỡ cấu trúc của NAD+ .
Những thành phần trước đó sẽ đi qua một chuỗi chuyền điện tử nhằm tái chế chúng trở lại hình thức hoạt động. Một số NAD+ cũng được chuyển đổi thành phosphat dinucleotide nicotinamide adenine (NADP+) các thành phần hóa học của coenzym này cũng tương tự như NAD+ nhưng nó có vai trò khác nhau trong quá trình chuyển hóa.
Các tính chất vật lý và hóa học
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Nicotinamid adenine dinucleotide, giống như tất cả các dinucleotides, bao gồm hai nucleotide tham gia cùng một cặp chuyển tiếp nhóm phosphate. Các nucleotide bao gồm vòng Ribose, một với adenine gắn với nguyên tử cacbon đầu tiên (vị trí 1 `) và khác với nicotinamide ở vị trí này. Các phân nửa nicotinamide có thể được kèm theo hai phương hướng đến nguyên tử cacbon anomeric. Bởi vì trong hai cấu trúc có thể hợp chất tồn tại như hai phân tử phá hoại. Đó là β-nicotinamide diastereomer của NAD+ được tìm thấy trong các sinh vật. Các nucleotide được tham gia với nhau bằng một cây cầu nối của hai nhóm phosphat qua cacbon 5
Các tính chất vật lý và hóa học
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Phản ứng oxy hoá - khử của NAD+
Trong quá trình chuyển hoá chất nhận hoặc cho các điện tử trong các phản ứng ôxy hoá khử. Phản ứng như vậy (tóm tắt trong công thức bên dưới) liên quan đến việc loại bỏ hai nguyên tử hiđrô từ R (reactant), dưới hình thức của một hiđrua ion (H_), và một proton (H+). Proton này tham gia trực tiếp vào phương trình phản ứng , trong khi RH2 khử bị ôxi hóa và NAD+ giảm xuống thành NADH bằng việc chuyển năng lượng của hiđrua đến vòng nicotinamide.
RH2 + NAD+→ NADH + H+ + R
-Từ cặp hiđrua điện tử, một điện tử là được chuyển giao cho nitơ tích điện dương của vòng nicotinamide của NAD+, và hydro nguyên tử thứ hai chuyển giao cho các nguyên tử cacbon C4 đối diện nitơ này. Tiềm năng cơ học của NAD+ / NADH là -0,32 volts, làm cho NADH là giảm nhanh về năng lượng. Phản ứng dễ dàng đảo ngược, khi NADH nhường phân tử H+ và được tái ôxi hóa thành NAD+ .Điều này có nghĩa là coenzym có thể tiếp tục chu kỳ giữa NAD+ và các hình thức NADH không được tiêu thụ .
Tất cả các hình thức xuất hiện của coenzym này đều ở dạng bột màu trắng, vô định hình , được hút ẩm và hòa tan trong nước cao . Nếu nó ở trạng thái khô và được lưu trữ trong bóng tối thì nó tồn tại ở thể rắn ổn định. Cấu hình của NAD+ là không màu và ổn định trong khoảng một tuần ở 4 °C và độ pH trung tính, nhưng phân hủy nhanh chóng trong các axit hoặc chất kiềm. Khi phân hủy, chúng tạo thành các sản phẩm có chất ức chế enzym .
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Các tính chất vật lý và hóa học
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
UV hấp thụ quang phổ của NAD+ và NADH.
Điều này khác biệt trong quang phổ hấp thụ tia cực tím khi các quá trình oxy hoá khử của coenzyme xảy ra ,lúc bước sóng cao hơn làm cho nó đơn giản để đo sự chuyển đổi sang trạng thái khác nhau của enzym - bằng cách sử dụng thiết bị phân tích quang phổ để đo lượng quang phổ hấp thụ ở bước sóng 340 nm.
Cả NADH và NAD+ hấp thụ mạnh ở các tia cực tím do có adenine. Ví dụ, đỉnh hấp thu NAD+ là một bước sóng 259 nanomet (nm), với hệ số giới hạn là 16.900 M-1cm-1. NADH cũng hấp thụ ở bước sóng cao hơn, với một đỉnh thứ hai trong quang phổ hấp thụ là ở bước sóng 339 nm với hệ số giới hạn là 6.220 M-1cm-1.
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
UV hấp thụ quang phổ của NAD+ và NADH.
NAD+ và NADH cũng khác nhau ở huỳnh quang của chúng. NADH trong dung dịch có giới hạn phát xạ tại bước sóng 460 nm và chu kỳ 1 huỳnh quang là 0,4 nano giây, trong khi hình thức ôxi hóa của coenzym không có phát quang .Các thuộc tính của tín hiệu huỳnh quang thay đổi khi NADH liên kết với protein, do đó, những thay đổi này có thể được được sử dụng để đo hằng số điện li, rất hữu ích trong việc nghiên cứu enzym kinetics.Những thay đổi này của phát xạ huỳnh quang cũng được sử dụng để đo lường sự thay đổi trong một loạt các phản ứng oxy hoá khử của tế bào sống, thông qua kính hiển vi huỳnh quang

NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
UV hấp thụ quang phổ của NAD+ và NADH.
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Nồng độ và các trạng thái trong các tế bào
Trong gan chuột, tổng hàm lượng NAD+ và NADH là khoảng 1 μmole/gam trọng lượng ướt, khoảng 10 lần nồng độ NADP+ và NADPH trong cùng một tế bào . Nồng độ thực tế của NAD+ trong tế bào chất của tế bào thì khó đo lường , trong tế bào động vật thì gần đây ước lượng khoảng 0,3 mM, và trong men khoảng 1,0-2,0 mM . Tuy nhiên, trên 80% là protein, do đó, việc tập trung tan vào dung dịch là thấp hơn nhiều.
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Nồng độ và các trạng thái trong các tế bào
Dữ liệu cho các ngăn khác nhau trong tế bào được giới hạn, mặc dù, trong vách phân bào nồng độ của NAD+ là tương tự như trong tế bào chất . Điều này có nghĩa là NAD+ được mang vào ty thể bằng một protein mang vận chuyển. Vì coenzym không thể khuếch tán qua màng tế bào chất.

NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Nồng độ và các trạng thái trong các tế bào
Sự cân bằng giữa trạng thái bị ôxi hóa và bị khử được gọi là tỷ lệ NAD+ / NADH . Tỉ lệ này là một thành phần quan trọng của những gì được gọi là quá trình phản ứng oxy hoá khử của một tế bào, là thước đo phản ánh cả các hoạt động trao đổi chất và sức khỏe của các tế bào. Tỷ lệ NAD+ / NADH ảnh hưởng rất phức tạp , nó kiểm soát hoạt động của một số enzyme quan trọng, bao gồm glyceraldehyde 3-phosphat dehydrogenase và pyruvate dehydrogenase.
Trong các mô khỏe mạnh của động vật có vú, ước lượng tỷ lệ của NAD+ / NADH thường nằm khoảng 700; tỷ lệ đó thuận lợi cho các phản ứng oxy hoá. Ngược lại, tỉ lệ NADP+ / NADPH bình thường là khoảng 0,005, do đó, NADPH chi phối hình thức của coenzym này. Những tỷ lệ khác nhau là chìa khóa dẫn đến vai trò trao đổi chất khác nhau của NADH và NADPH.
Sinh tổng hợp
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
NAD+ được tổng hợp thông qua hai con đường chuyển hóa. Nó được tổng hợp trong một lộ trình từ các axit amin đơn giản, hoặc trong con đường phục hồi của thành phần tái chế như nicotinamide trở lại NAD+


NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Tái sản xuất
Hầu hết các sinh vât tổng hợp NAD+ từ các thành phần đơn giản . Tập hợp các phản ứng khác nhau ở các sinh vật khác nhau, nhưng một đặc trưng phổ biến là axit quinolinic (QA) được tạo ra từ một axit amin tryptophan (trp) ở động vật và một số vi khuẩn, hoặc axit aspartic trong một số vi khuẩn và thực vật.
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Các axit quinolinic được chuyển đổi bằng cách để mononucleotide nicotinic acid (namn) chuyển giao một phân nửa phosphoribose. Một phân nửa adenylate sau đó chuyển sang hình thức dinucleotide adenine nicotinic acid (NaAD). Cuối cùng, phân nưa axit nicotinic trong NaAD là amidated để nicotinamide một (Nam) phân nửa, tạo thành NAD.

Tái sản xuất
sinh tổng hợp
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Ở một bước xa hơn, một số NAD+ được chuyển thành NADP+ bởi NAD+ kinase, quá trình phosphoryl hoá NAD+ . Trong hầu hết các sinh vật, enzyme này sử dụng ATP như là nguồn gốc của nhóm phosphat, mặc dù ở vi khuẩn như vi khuẩn gây bệnh lao là Mycobacterium và vi khuẩn cổ như Pyrococcus horikoshii, polyphosphate vô cơ là nguồn cung cấp phosphat thay thế.


NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Con đường phục hồi
Bên cạnh đó, việc lắp ráp NAD+ đơn giản từ tiền chất axít amin đơn giản, các tế bào cũng phục hồi lại các hợp chất đã hình thành trước đó có chứa nicotinamide. Mặc dù tiền chất khác được biết, ba hợp chất tự nhiên có chứa vòng nicotinamide và được sử dụng trong phục hồi các lộ trình trao đổi chất có acid nicotinic (Na), nicotinamide (Nam) và riboside nicotinamide (NR).Các tiền chất được đưa vào các NAD ( P) thông qua lộ trình sinh hoá, adenylation và phản ứng phosphoribosylation .
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Con đường phục hồi
Các hợp chất có thể được cung cấp từ chế độ ăn uống,hỗn hợp của axit nicotinic và nicotinamide được gọi là vitamin B3 hay niacin. Tuy nhiên, các hợp chất này cũng được sản xuất trong tế bào, khi phân nửa nicotinamide được tạo thành từ NAD+ trong phản ứng vòng ribose của ADP. Thật vậy, các enzym tham gia vào những con đường phục hồi được tập trung trong nhân tế bào, khi đó nó có thể bù đắp cho các phản ứng tiêu tốn NAD+ cao hơn trong bào quan này . Tế bào cũng có thể mất NAD+ ngoại bào từ môi trường xung quanh
Con đường phục hồi


NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Bất chấp sự có mặt của các quá trình phân giải, các phản ứng phục hồi là rất cần thiết ở người; thiếu niacin trong chế độ ăn uống là nguyên nhân của bệnh pellagra thiếu hụt vitamin . Điều này yêu cầu cao đối với NAD+ là kết quả từ việc tiêu thụ của coenzyme trong các phản ứng sửa đổi như posttranslational, kể từ khi đi tham gia vào chu trình của NAD+ giữa các hình thức bị ôxi hóa khử đã không thay đổi mức tổng thể của coenzyme .


Con đường phục hồi


NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
Các con đường được sử dụng trong các vi sinh vật khác với các động vật có vú .Một số tác nhân gây bệnh, như men Candida glabrata và vi khuẩn Haemophilus influenzae là NAD+ auxotrophs - chúng không thể tổng hợp NAD+- nhưng có con đường phục hồi và do đó bị phụ thuộc vào nguồn bên ngoài của NAD+ hoặc tiền chất của nó. Thậm chí đáng ngạc nhiên hơn là những tác nhân gây bệnh nội bào Chlamydia trachomatis, thiếu các ứng cử viên nhận ra cho bất kỳ gen nào tham gia vào quá trình sinh tổng hợp hoặc phục hồi của cả hai NAD+ và NADP+ rõ ràng phải có những coenzyme được sản xuất từ bộ máy tế bào chủ của nó.
NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE
The end
Cảm ơn các bạn đã theo dõi phần thuyết trình về NICOTINAMID ADENINE DINUCLEOTIDE