NANG LUONG SINH HOC 4

Nicotinamide adenine dinucleotide
( NADH)
Tên khác: Diphosphopyridine nucleotide (DPN+), Coenzyme I
I. Đặc tính
Công thức phân tử: C21H27N7O14P2
Khối lượng mol: 663.43 g/mol
Hình dạng: Màu trắng bột
Nhiệt độ nóng chảy: 160 °C
Nicotinamide adenine dinucleotide, viết tắt là NAD+, là một coenzim tìm thấy trong tất cả tế bào sống. Hợp chất này là một dinucleotide, vì nó bao gồm hai nucleotide tham gia thông qua các nhóm phosphate của chúng, với một nucleotide có chứa một base adenine và chứa nicotinamide khác.
Trong quá trình chuyển hóa, NAD+ có liên quan đến phản ứng oxi hóa khử, mang theo các electron từ một phản ứng khác. Do đó, coenzyme được tìm thấy hai dạng trong các tế bào: NAD+ là một chất oxi hóa – nó nhận electron từ phân tử khác và nó thành dạng khử. Phản ứng này tạo thành NADH, mà sau đó có thể được sử dụng như một chất khử cho điện tử. Những phản ứng chuyển điện tử là các vai trò chính của NAD+ . Tuy nhiên, nó cũng được sử dụng trong các quá trình khác của tế bào, đáng chú ý như một cơ chất của enzyme để thêm hoặc loại bỏ các nhóm hóa học từ protein. Do tầm quan trọng của các chức năng này, các enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa NAD+ là mục tiêu cho phát hiện ma túy.
Trong các sinh vật, NAD+ có thể được tổng hợp từ các vật chất 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 được gọi là niacin.
Một số NAD+ cũng được chuyển đổi thành nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+); Tính hóa học của coenzyme này là tương tự như NAD+ , nhưng nó có vai trò khác nhau trong quá trình chuyển hóa.
Tính chất vật lí và hóa học
NADH, giống như tất cả dinucleotide, bao gồm hai nucleotide tham gia của một cặp cầu nối nhóm phosphate. Các nucleotide bao gồm nhân ribose,với một adenine gắn liền với các nguyên tử carbon đầu tiên (vị trí của 1) và khác với nicotinamide tại vị trí này. Phân nưa nicotinamide có thể được gắn với hai định hướng đến nguyên tử carbon anomeric này. Các nucleotide được nối với nhau bằng một cầu nối của hai nhóm phosphate qua cacbon 5 `.
Các phản ứng oxi hóa khử của nicotinamide adenine dinucleotide.
Trong quá trình chuyển hóa các hợp chất nhận hoặc cho điện tử trong phản ứng oxi hóa khử. Những phản ứng này (tóm tắt trong công thức dưới đây) liên quan đến việc loại bỏ hai nguyên tử hydro từ các chất phản ứng (R), dưới hình thức của một ion hydride (H−), và một proton (H+). Các proton được đưa vào giải pháp, trong khi các chất khử RH2 bị oxy hóa và NAD+ khử đến NADH bằng cách chuyển của hydride vào vòng nicotinamide.
RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R
Từ cặp electron hydride, một electron được chuyển giao cho nitơ tích điện dương của vòng nicotinamide của NAD+ , và các nguyên tử hydro thứ hai chuyển giao cho các nguyên tử cacbon C4 đối diện nitơ này. Các ví trí trung tâm của NAD+ cặp oxi hóa khử + / NADH là -0,32 volts, mà làm cho NADH một tác nhân khử mạnh. Các phản ứng có thể dễ dàng đảo ngược, khi NADH làm giảm phân tử khác và lại được oxy hóa thành NAD+ . Điều này có nghĩa các coenzyme có thể tiếp tục chu kỳ giữa các hình thức NAD+ và NADH mà không được tiêu thụ.
Trong tự nhiên, tất cả các dạng của coenzyme này là bột vô định hình màu trắng đó là hút ẩm và rất hòa tan trong nước. Các chất rắn là ổn định nếu giữ và khô trong bóng tối. Giải pháp của NAD + là không màu và ổn định cho khoảng một tuần ở 4 ° C và pH trung tính, nhưng nhanh chóng bị phân hủy trong axít hoặc kiềm. Khi phân hủy, chúng tạo thành các sản phẩm có khả năng ức chế enzyme.
Quang phổ hấp thụ UV của NAD + và NADH.
Cả hai NAD+ và NADH hấp thụ mạnh trong vùng tử ngoại do các adenine. Ví dụ, sự hấp thụ mạnh nhất của NAD + là ở bước sóng 259 nanomet (nm), với một hệ số dập tắt của 16.900 M-1cm-1. NADH cũng hấp thụ ở bước sóng cao hơn, với một mức cao thứ hai trong sự hấp thụ tia cực tím tại 339 nm với một hệ số dập tắt của 6220 M-1cm-1. Sự khác biệt này trong quang phổ hấp thụ tia cực tím giữa các hình thức oxy hóa và khử của coenzyme tại bước sóng cao làm cho nó đơn giản để đo sự chuyển đổi trong các xét nghiệm enzyme -. bằng cách đo lượng hấp thụ UV ở 340 nm sử dụng một quang phổ.
NAD+ và NADH cũng khác nhau huỳnh quang của chúng. NADH trong dung dịch có một điểm phát ở 460 nm và một đời huỳnh quang 0,4 nano giây, trong khi các hình thức oxy hóa của coenzyme không phát huỳnh quang. Các đặc tính của sự phát huỳnh quang thay đổi tín hiệu khi NADH liên kết với protein, vì vậy những thay đổi này có thể được sử dụng để đo hằng số phân ly, đó là có ích trong việc nghiên cứu động học enzyme. Những thay đổi trong huỳnh quang cũng được sử dụng để đo lường sự thay đổi trong trạng thái oxi hóa khử của các tế bào sống, thông qua kính hiển vi huỳnh quang.
Vị trí và trạng thái trong các tế bào
Trong gan chuột, tổng số năng lượng của NAD+ và NADH là khoảng 1 μmole mỗi gram trọng lượng ướt, khoảng 10 lần nồng độ NADP+ và NADPH trong các tế bào tương tự. Nồng độ thực tế của NAD + trong các bào tương là khó để đo lường hơn, với ước tính gần đây trong các tế bào động vật, dao động quanh mức 0,3 mM, và khoảng 1,0-2,0 mM trong nấm men. Tuy nhiên, trên 80% liên kết với protein, do đó nồng độ trong dung dịch là thấp hơn nhiều.
Dữ liệu cho các khoang khác trong tế bào còn hạn chế, mặc dù, trong ty thể nồng độ của NAD+ là tương tự như trong bào tương.
Sự cân bằng giữa các hình thức oxy hóa và khử nicotinamide adenine dinucleotide được gọi là tỷ lệ NAD+ / NADH. Tỷ lệ này là một thành phần quan trọng của vấn đề được gọi là trạng thái oxi hóa khử của một tế bào, một thước đo phản ánh cả các hoạt động trao đổi chất và sức khỏe của các tế bào. Những ảnh hưởng của tỷ lệ NAD+ / NADH rất phức tạp, kiểm soát các hoạt động của một số enzyme quan trọng, bao gồm glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase và pyruvate dehydrogenase. Trong các mô động vật có vú khỏe mạnh, ước tính tỷ lệ NAD+/NADH thường nằm xung quanh 700; tỷ lệ này là do đó thuận lợi cho các phản ứng oxy hóa. Ngược lại, tỷ lệ NADP+/NADPH là bình thường khoảng 0.005, vì vậy NADPH là hình thức điều khiển của coenzyme này. Những tỷ lệ khác nhau là chìa khóa cho sự trao đổi chất khác nhau đối với vai trò của NADH và NADPH.
Sinh tổng hợp
NAD+ được tổng hợp thông qua hai con đường trao đổi chất. Nó được sản xuất De novo con đường từ các axit amin, hoặc trong con đường tái tạo bằng cách tái chế các thành phần PREFORMED như nicotinamide trở lại NAD+.
Sản xuất novo De
Một số con đường trao đổi chất tổng hợp và tiêu thụ NAD+ trong động vật có xương sống.
Hầu hết sinh tổng hợp NAD+ từ các thành phần đơn giản của các phản ứng khác nhau giữa các sinh vật, nhưng có một điểm chung là thế hệ của axit quinolinic (QA) từ một acid amin -. Hoặc tryptophan (TRP) ở động vật và một số vi khuẩn, hoặc acid aspartic trong một số vi khuẩn và thực vật. Các acid quinolinic được chuyển axit nicotinic mononucleotide (NaMN) bằng chuyển của một phân nữa phosphoribose. Sau đó một phân nữa adenylate được chuyển giao để tạo thành axit nicotinic dinucleotide adenine (NaAD). Cuối cùng, axit nicotinic trong phân nữa NaAD được amidated một nicotinamide (Nam) phân nữa, tạo thành nicotinamide adenine dinucleotide.
Trong một bước xa hơn, một số NAD+ được chuyển thành NADP+bởi NAD+ kinase, mà phosphoryl NAD+. Trong hầu hết các sinh vật, enzyme này sử dụng ATP như là nguồn gốc của nhóm phosphate, mặc dù trong vi khuẩn như vi khuẩn lao và vi khuẩn cổ như Pyrococcus horikoshii, polyphosphate vô cơ là một nhà tài trợ phosphate thay thế.
Con đường tái sử dụng ba tiền chất cho NAD+ .
Con đường tái tạo
Bên cạnh lắp ráp NAD+ de novo từ các tiền chất acid amin đơn giản, tế bào này cũng tái tạo các hợp chất có chứa PREFORMED nicotinamide. Mặc dù tiền chất khác được biết, ba hợp chất tự nhiên có chứa các vòng nicotinamide và sử dụng trong các con đường chuyển hóa tái tạo là acid nicotinic (Na), nicotinamide (Nam) và riboside nicotinamide (NR). Các tiền chất được đưa vào NAD(P)+ trình tổng hợp, trình bày ở trên, thông qua adenylation và phosphoribosylation phản ứng.
Các hợp chất này có thể được đưa lên từ chế độ ăn uống, nơi mà các hỗn hợp của axit nicotinic và nicotinamide được gọi là vitamin B3 hoặc niacin. Tuy nhiên, các hợp chất này cũng được sản xuất trong các tế bào, khi các phân nữa nicotinamide được đưa ra từ NAD+ trong các phản ứng chuyển ADP-ribose. Thật vậy, các enzym tham gia vào những con đường tái tạo xuất hiện được tập trung trong nhân tế bào, có thể bù đắp cho mức độ cao của phản ứng tiêu thụ NAD+ trong thái của cơ quan này. Các tế bào cũng có thể mất bào NAD+ từ môi trường xung quanh.
Mặc dù có sự hiện diện của con đường de novo, các phản ứng tái tạo là rất cần thiết ở người; thiếu niacin trong chế độ ăn uống gây ra bịnh nứt da bệnh vitamin thiếu hụt. Điều này yêu cầu cao cho NAD+ kết quả từ việc tiêu thụ liên tục của các coenzyme trong các phản ứng như sửa đổi posttranslational. Các con đường tái tạo được sử dụng trong các vi sinh vật khác với các động vật có vú. Một số tác nhân gây bệnh, chẳng hạn như nấm men Candida glabrata và influenzae vi khuẩn Haemophilus là NAD+ auxotrophs - chúng không thể tổng hợp NAD+ - nhưng có con đường tái tạo và do đó phụ thuộc vào các nguồn bên ngoài NAD+ hoặc tiền chất của nó. Thậm chí đáng ngạc nhiên hơn là trong tế bào trachomatis gây bệnh Chlamydia, mà thiếu các ứng cử viên được công nhận cho bất kỳ gen tham gia vào quá trình tổng hợp hoặc cứu hộ của cả hai NAD+ và NADP+, và dường như phải có các coenzyme từ máy chủ của nó.
The end