NANG LUONG SINH HOC 2

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
CHỨC NĂNG CỦA NAD
(Nicotinamide adenine dinucleotide )
GVHD: PGS-TS. VÕ VĂN TOÀN
HVTH: ĐOÀN THỊ HÀ
LỚP: SHTN-K16
TỔNG QUAN
LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU
CẤU TRÚC CỦA NAD
VAI TRÒ CỦA NAD















NADH có một số vai trò thiết yếu trong sự trao đổi chất. Nó hoạt động như một coenzym trong các phản ứng oxi hóa khử, là nguồn cung cấp các gốc ADP-ribose trong các phản ứng ADP-ribosylation, là tiền thân của các phân tử truyền tin thứ hai vòng ADP-ribose, cũng như hoạt động như một chất nền cho ligases DNA của vi khuẩn và một nhóm các enzyme gọi là sirtuins sử dụng NAD+ để loại bỏ các nhóm acetyl từ protein.

1.TỔNG QUAN














Các coenzyme NAD+ lần đầu tiên được phát hiện bởi các nhà hóa sinh người Anh Arthur Harden và William Youndin vào năm 1906. Họ nhận thấy rằng trong chiết xuất nấm men, nếu thêm đun sôi và lọc thì nấm men chiết xuất rất nhanh lên men rượu so với chiết xuất không đun sôi. Chúng được gọi là các yếu tố không xác định trách nhiệm cho hiệu ứng này một coferment.
2.LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU
Arthur Harden














Thông qua một thanh lọc lâu dài và khó khăn từ chiết xuất nấm men, yếu tố nhiệt ổn định này được xác định là một phosphate đường nucleotide của Hans von Euler-Chelpin. Năm 1936, nhà khoa học Đức Otto Heinrich Warburg đã cho thấy các chức năng của các coenzyme nucleotide trong hydride chuyển giao và xác định các phần nicotinamide như vị trí các phản ứng oxi hóa khử.
2.LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU
Hans von Euler-Chelpin














Những thông tin về nicotinamide đã được xác định trong năm 1938, khi Conrad Elvehjem thanh lọc niacin từ gan và cho thấy vitamin này chứa axit nicotinic và nicotinamide. Sau đó, vào năm 1939, ông đã cung cấp những bằng chứng rõ ràng đầu tiên có niacin được sử dụng để tổng hợp NAD+. trong đầu những năm 1940, Arthur Kornberg đã thêm một đóng góp quan trọng đối với sự hiểu biết NAD+ trao đổi chất, bởi là người đầu tiên phát hiện một enzyme trong con đường sinh tổng hợp. Sau đó, vào năm 1949, các nhà hóa sinh người Mỹ Morris Friedkin và Albert L. Lehninger chứng minh rằng NADH liên kết con đường chuyển hoá như các chu trình acid citric với sự tổng hợp ATP trong phosphoryl hóa oxy hóa. Cuối cùng, vào năm 1959, Jack Preiss và Philip Handler phát hiện ra các chất trung gian và các enzym tham gia vào quá trình tổng hợp của NAD+; do đó, de novo tổng hợp thường được gọi là con đường Preiss-Handler trong để vinh danh họ.
2.LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU














CẤU TRÚC CỦA NAD















1.Oxidoreductases
Vai trò chính của NAD+ trong trao đổi chất là việc chuyển các electron từ một phân tử khác. Phản ứng của loại này được xúc tác bởi một nhóm lớn các enzyme gọi là oxidoreductases. Tên chính xác cho các enzym này chứa tên của cả hai chất nền của chúng: ví dụ NADH-ubiquinone oxidoreductase xúc tác cho quá trình oxy hóa của NADH bởi coenzyme Q. Tuy nhiên, những enzyme này cũng được gọi là dehydrogenases hoặc reductases, với NADH-ubiquinone oxidoreductase thường được gọi là NADH dehydrogenase hoặc đôi khi coenzyme Q reductase.
VAI TRÒ CỦA NAD














1.Oxidoreductases
Khi kết hợp với một protein, NAD+ và NADH thường được giữ bên trong một mô típ cấu trúc được gọi là cuộn Rossmann. Các mô típ được đặt tên sau khi Michael Rossmann, nhà khoa học đầu tiên nhận thấy sự phổ biến cấu trúc này là trong liên kết protein- nucleotide. Những cuộn này bao gồm ba hoặc nhiều sợi beta song song được liên kết bởi hai xoắn alpha theo thứ tự beta-alpha-beta-alpha-beta. Điều này tạo nên một tấm beta ở giữa, hai bên là một lớp xoắn alpha.
VAI TRÒ CỦA NAD
Cuộn Rossmann một phần của lactate dehydrogenas cho thấy NAD + trong màu đỏ, tấm beta màu vàng, và xoắn alpha màu tím. [














1.Oxidoreductases
Bởi vì mỗi cuộn Rossmann gắn một nucleotide, các khu vực liên kết cho các dinucleotide NAD+ bao gồm hai cặp cuộn Rossmann, với mỗi những cuộn này liên kết một nucleotide trong cofactor. Tuy nhiên, những cuộn này không phải là phổ biến trong các NAD+- enzymes phụ thuộc, vì lớp các enzyme của vi khuẩn tham gia vào quá trình chuyển hóa axit amin gần đây đã phát hiện ra rằng liên kết các coenzyme, nhưng thiếu mô típ này.
Khi buộc ở vị trí hoạt động của một oxidoreductase, vòng nicotinamide của coenzyme được bố trí sao cho nó có thể chấp nhận một hydride từ các chất nền khác. Kể từ khi carbon C4 mà chấp nhận hydro là  prochiral , điều này có thể được khai thác trong động học enzyme để cung cấp thông tin về cơ chế của enzyme. Điều này được thực hiện bằng cách trộn một loại enzyme với một chất nền có deuterium nguyên tử thay thế cho hydro, do đó, các enzyme sẽ giảm NAD + bằng cách chuyển deuterium hơn hydrogen. Trong trường hợp này, một enzyme có thể sản xuất một trong hai phân lập thể của NADH. Trong một số enzym hydro được chuyển từ trên mặt phẳng của vòng nicotinamide; chúng được gọi là oxidoreductases lớp A, trong khi enzyme lớp B chuyển các nguyên tử từ bên dưới
VAI TRÒ CỦA NAD














1.Oxidoreductases
Giữa hai coenzyme NAD+ và NADP+, mặc dù có sự tương đồng trong cách protein bám vào 2 coenzyme, các enzyme hầu như luôn luôn cho thấy một mức độ cao về tính đặc thù. Điều này phản ánh vai trò chuyển hóa riêng biệt của coenzyme tương ứng, và là kết quả của bộ riêng biệt của amino dư lượng axit trong hai loại túi coenzyme-liên kết. Ví dụ, trong các trung tâm hoạt động của các enzym NADP-phụ thuộc, một liên kết ion được hình thành giữa một chuỗi bên axit amin cơ bản và các nhóm phosphate có tính axit của NADP+. Ngược lại, trong NAD phụ thuộc vào enzyme trong túi này được đảo ngược, ngăn ngừa NADP+ liên kết. Tuy nhiên, có một vài trường hợp ngoại lệ cho quy tắc chung này, và các enzym aldose reductase như, glucose-6-phosphate dehydrogenase, và reductase methylenetetrahydrofolate có thể sử dụng cả hai coenzyme ở một số loài.
VAI TRÒ CỦA NAD














2.Vai trò trong sự trao đổi chất oxi hóa khử
Các phản ứng oxi hóa khử xúc tác bởi oxidoreductases rất quan trọng trong tất cả phần quá trình chuyển hóa, nhưng một trong những vai trò đặc biệt quan trọng mà các phản ứng xảy ra là trong việc giải phóng năng lượng từ chất dinh dưỡng. Ở đây, các hợp chất khử như glucose bị oxy hóa, do đó giải phóng năng lượng. Năng lượng này được chuyển giao cho NAD+ khử đến NADH, như là một phần của đường phân và chu trình acid citric. Ở eukaryote các electron được mang bởi NADH được sản xuất trong tế bào chất của quá trình đường phân được chuyển vào ty thể (để khử NAD+ ty thể) bằng con thoi của ty thể, chẳng hạn như con thoi malate-aspartate.
VAI TRÒ CỦA NAD














VAI TRÒ CỦA NAD
Sơ đồ tóm tắt của oxi hóa khử trao đổi chất , thể hiện cách mà NAD + và NADH liên kết các chu trình acid citric và phosphoryl hóa oxy hóa














2.Vai trò trong sự trao đổi chất oxi hóa khử

Các NADH ty thể là sau đó bị oxy hóa và lần lượt các chuỗi vận chuyển điện tử, mà bơm proton qua màng và tạo ra ATP thông qua oxy hóa phosphoryl hóa. Các hệ thống vận chuyển cũng có chức năng vận chuyển giống trong lục lạp. Cả hai hình thức oxy hóa và khử nicotinamide adenine dinucleotide được sử dụng trong các bộ liên kết của các phản ứng, các tế bào duy trì nồng độ NAD+ và NADH xấp xỉ bằng nhau; tỷ lệ NAD+ / NADH cao cho phép coenzyme này làm cả một quá trình oxy hóa và chất khử. Ngược lại, chức năng chính của NADP+ là như là một tác nhân khử trong quá trình đồng hóa, với coenzyme này được tham gia vào con đường như axit béo tổng hợp và quang hợp. Vì NADPH là cần thiết để điều khiển phản ứng oxi hóa khử như một chất khử mạnh, tỷ lệ NADP+ / NADPH được giữ rất thấp.
VAI TRÒ CỦA NAD














VAI TRÒ CỦA NAD














2.Vai trò trong sự trao đổi chất oxi hóa khử

Mặc dù đóng vai trò quan trọng trong quá trình dị hóa là, NADH cũng được sử dụng trong các phản ứng đồng hóa, chẳng hạn như gluconeogenesis. Điều này cần cho NADH trong quá trình đồng hóa đặt ra một vấn đề đối với prokaryote phát triển trên các chất dinh dưỡng mà giải phóng chỉ có một lượng nhỏ năng lượng. Ví dụ, vi khuẩn nitrat như Nitrobacter oxy hóa nitrit thành nitrat, có đầy đủ cáu trúc để bơm proton và tạo ra ATP, nhưng không đủ để tạo ra NADH trực tiếp. Như NADH vẫn còn cần thiết cho phản ứng đồng hóa, các vi khuẩn này sử dụng một oxidoreductase nitrite để sản xuất đủ lực lượng proton-động cơ để chạy một phần của chuỗi vận chuyển electron ngược lại, tạo ra NAD.
VAI TRÒ CỦA NAD














3.Vai trò không oxi hóa khử
Các coenzyme NAD+ cũng được sử dụng trong các phản ứng chuyển ADP-ribose. Ví dụ, các enzyme gọi là ADP-ribosyltransferases thêm bán phần ADP-ribose của phân tử này với protein, trong một biến đổi posttranslational gọi là ADP-ribosylation. NAD+ cũng có thể được thêm vào RNA di động như là một biến đổi cơ bản.
VAI TRÒ CỦA NAD
Cấu trúc của vòng ADP-ribose
ADP- ribosylation liên quan đến một trong hai sự bổ sung của một phân nửa ADP-ribose duy nhất, trong mono-ADP-ribosylation, hoặc các transferral của ADP-ribose với các protein trong chuỗi dài phân nhánh, được gọi là poly (ADP-ribosyl) ation.
v














3.Vai trò không oxi hóa khử
Mono- ADP-ribosylation lần đầu tiên được xác định là các cơ chế của một nhóm các độc tố của vi khuẩn, độc tố đặc biệt là bệnh tả, nhưng nó cũng có liên quan đến tín hiệu tế bào bình thường. Poly (ADP-ribosyl) ation được thực hiện bởi các poly (ADP-ribose) polymerase. Các poly (ADP-ribose) cấu trúc được tham gia vào các quy định của bào quan di động và là quan trọng nhất trong nhân tế bào, trong các quá trình như: sửa chữa DNA và bảo trì telomere. Ngoài các chức năng bên trong tế bào, một nhóm của ngoại bào ADP-ribosyltransferases gần đây đã được phát hiện, nhưng chức năng của chúng vẫn còn chưa rõ.
VAI TRÒ CỦA NAD














3.Vai trò không oxi hóa khử
Một chức năng khác của coenzyme này trong tín hiệu của tế bào là như là một tiền thân của vòng ADP-ribose, được sản xuất từ NAD+ bởi cyclases ADP-ribosyl, như là một phần của một hệ thống truyền tin thứ hai. Phân tử này đóng vai trò trong tín hiệu của canxi bằng cách giải phóng canxi từ kho dự trữ nội bào. Điều này được thực hiện bằng cách liên kết và mở một loại kênh canxi gọi là thụ thể ryanodine, nằm ở màng bào quan, chẳng hạn như các mạng lưới nội chất.
NAD + cũng được sử dụng bởi sirtuins, đó là deacetylases NAD phụ thuộc, như Sir2 . Những enzyme hoạt động bằng cách chuyển một nhóm acetyl từ protein bề mặt của mình với nửa ADP-ribose của NAD+, phân cắt các coenzyme và giải phóng nicotinamide và O-acetyl-ADP-ribose. Các sirtuins dường như chủ yếu là tham gia vào việc điều tiết thông qua phiên mã deacetylating histone và thay đổi cấu trúc nucleosome. Tuy nhiên, protein không histone có thể được deacetylated mạnh bởi sirtuins. Những hoạt động của sirtuins đặc biệt thú vị vì tầm quan trọng của nó trong việc điều tiết của sự lão hóa.
VAI TRÒ CỦA NAD
















3.Vai trò không oxi hóa khử
Enzyme NAD phụ thuộc khác bao gồm ligases DNA của vi khuẩn, trong đó tham gia hai DNA kết thúc bằng cách sử dụng NAD+ như một chất nền đóng góp một monophosphate adenosine (AMP) nửa để 5 `phosphate của một đầu DNA. Đây là giai đoạn trung gian, sau đó được kích hoạt bởi nhóm hydroxyl của 3’ đến cuối DNA khác, tạo thành một liên kết phosphodiester mới. Điều này trái ngược với ligases DNA ở sinh vật nhân chuẩn, trong đó sử dụng ATP để tạo thành các DNA-AMP trung gian.

VAI TRÒ CỦA NAD














.
4. Vai trò trong y học
Sử dụng enzyme NAD+ và NADH rất quan trọng trong cả dược lý học hiện hành và nghiên cứu phương pháp điều trị bệnh trong tương lai , thiết kế thuốc và phát triển thuốc sử dụng NAD+ trong ba cách:
- Sử dụng như một mục tiêu trực tiếp của thuốc;
- Bằng cách thiết kế các chất ức chế enzyme hay kích hoạt dựa trên cấu trúc của nó mà thay đổi hoạt động của Enzyme NAD phụ thuộc;
- Và bằng cách cố gắng để ức chế sinh tổng hợp NAD+
VAI TRÒ CỦA NAD














.
4. Vai trò trong y học
Các coenzyme NAD+ là bản thân nó hiện không được sử dụng như là một điều trị cho bất kỳ bệnh. Tuy nhiên, đó là khả năng hữu dụng trong điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer và bệnh Parkinson. Bằng chứng về việc sử dụng NAD+ trong thoái hóa thần kinh là hỗn hợp. Các nghiên cứu ở chuột đặt ra triển vọng, trong khi một thử nghiệm lâm sàng đối chứng giả dược không cho thấy bất kỳ tác dụng. NAD+ cũng là một đối tượng trực tiếp của isoniazid thuốc, được sử dụng trong điều trị bệnh lao, viêm nhiễm gây ra bởi vi khuẩn Mycobacterium bệnh lao. Isoniazid là một tiền chất và một khi nó đã xâm nhập vào vi khuẩn, nó được kích hoạt bởi một peroxidase, mà bị ôxy hóa các hợp chất thành dạng gốc tự do. Điều này triệt để sau đó phản ứng với NADH, để sản xuất adducts đó là chất ức chế rất mạnh của các enzym enoyl-acyl reductase protein vận chuyển, và reductase dihydrofolate.
VAI TRÒ CỦA NAD














4. Vai trò trong y học
Vì một số lượng lớn các oxidoreductases sử dụng NAD+ và NADH làm đế và liên kết chúng bằng cách sử dụng một motif cấu trúc bảo tồn cao, ý tưởng rằng các chất ức chế dựa trên NAD+ có thể phải thích ứng với một enzyme là đáng ngạc nhiên.] Tuy nhiên, điều này có thể thực hiện được: Ví dụ, các chất ức chế dựa trên các hợp chất axit mycophenolic và tiazofurin ức chế IMP dehydrogenase tại vị trí liên kết NAD+ . Do tầm quan trọng của enzyme này trong quá trình chuyển hóa purine, các hợp chất này có thể hữu ích như chống ung thư, chống virus, hoặc các thuốc ức chế miễn dịch. Các loại thuốc khác được không enzyme ức chế, nhưng thay vì kích hoạt các enzym tham gia vào NAD+ trao đổi chất . Sirtuins là một mục tiêu đặc biệt thú vị cho các loại thuốc như vậy, kể từ khi kích hoạt của các deacetylases NAD phụ thuộc kéo dài tuổi thọ. Các hợp chất như resveratrol làm tăng hoạt động của các enzym, có thể là quan trọng trong khả năng của mình để trì hoãn sự lão hóa ở cả động vật có xương, và các sinh vật không xương sống.

VAI TRÒ CỦA NAD















4. Vai trò trong y học
Do sự khác biệt trong các con đường sinh tổng hợp NAD+trong trao đổi chất giữa các sinh vật , chẳng hạn như giữa vi khuẩn và con người, lĩnh vực này sự trao đổi chất là lĩnh vực đầy hứa hẹn cho sự phát triển của các loại thuốc kháng sinh mới. Ví dụ, các nicotinamidase enzyme, mà chuyển đổi nicotinamide acid nicotinic, là một mục tiêu cho thiết kế thuốc, như enzyme này vắng mặt ở người nhưng hiện diện trong nấm men và vi khuẩn.

VAI TRÒ CỦA NAD