Nikotinamidadenindinukleotid

Nikotinamid adenin dinukleotid
Strukturní vzorec
Obecné
Systematický název	nikotinamidadenindinukleotid
Sumární vzorec	C21H27N7O14P2
Vzhled	bílý prášek
Identifikace
Registrační číslo CAS	53-84-9
Vlastnosti
Molární hmotnost	664,425 g/mol
Bezpečnost
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 – oxidované NAD⁺ a redukované formě 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

• 

  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

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.

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

NAD⁺ je syntetizován dvěma metabolickými cestami:

• cesty de novo z aminokyselin (tryptofanu nebo kyseliny asparagové) na NAD⁺.
• záchranné cesty recyklací jednotlivých složek (například nikotinamid) zpět na NAD⁺. Záchranné cesty používají tři prekurzory pro NAD⁺.

Cesty De novo

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

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

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

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

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

Související články

• Nikotinamidadenindinukleotid fosfát (NADP)
• Niacin (vitamin B3)
• Adenosintrifosfát (ATP)
• Adenosindifosfát (ADP)
• Flavoprotein (FP)

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu nikotinamid adenin dinukleotid na Wikimedia Commons