Sejarah, sintesis, dan fungsi (NAD +) Nicotinamide adenine dinucleotide

β-Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) adalah sejenis koenzim yang mentransmisikan proton (lebih tepatnya, ion hidrogen). Ini muncul dalam banyak reaksi metabolisme sel. NADH atau lebih akurat NADH + H + adalah bentuk pengurangannya, membawa paling banyak dua proton (ditulis sebagai NADH + H +), dan potensial elektroda standarnya adalah -0.32V.

NAD + adalah koenzim dehidrogenase, seperti alkohol dehidrogenase (ADH), yang digunakan untuk mengoksidasi etanol. Ini memainkan peran yang tak tergantikan dalam glikolisis, glukoneogenesis, siklus asam tricarboxylic dan rantai pernapasan. Zat antara akan melewatkan hidrogen yang dihilangkan ke NAD, menjadikannya NAD + H +.

NAD + H + dapat digunakan sebagai pembawa hidrogen untuk mensintesis ATP melalui penggabungan permeasi kimia dalam rantai transfer elektron.

Dalam hal penyerapan, NADH memiliki puncak penyerapan masing-masing pada 260nm dan 340nm, sedangkan NAD + hanya memiliki puncak penyerapan pada 260nm, yang merupakan atribut penting untuk membedakan keduanya. Ini juga merupakan dasar fisik untuk mengukur laju metabolisme dalam banyak percobaan metabolisme. Koefisien absorpsi NADH pada 260nm adalah 1,78x104l / (mol · cm), sedangkan NADH pada 340nm adalah 6,2x103 L / (mol · cm).

In vivo, NAD dapat disintesis dari blok bangunan sederhana dan asam amino triptofan atau asam aspartat. Sebaliknya, kombinasi enzim yang lebih kompleks diambil dari makanan, vitamin yang disebut niasin. Senyawa serupa dilepaskan oleh reaksi dekomposisi struktur NAD. Komponen prefabrikasi ini kemudian didaur ulang menjadi bentuk aktif melalui saluran daur ulang. Beberapa NAD juga dikonversi menjadi nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP); koenzim terkait ini memiliki komposisi kimia yang mirip dengan NAD, tetapi memiliki peran yang berbeda dalam metabolisme. Dalam metabolisme, NAD + berpartisipasi dalam reaksi redoks, membawa elektron dari satu reaksi ke reaksi lainnya. Oleh karena itu, koenzim ada dalam dua bentuk dalam sel: NAD + adalah oksidan yang dapat menerima elektron dari molekul lain. Reaksi membentuk NADH, yang kemudian dapat digunakan sebagai reduktor untuk menghasilkan elektron. Reaksi transfer elektron ini adalah fungsi utama NAD. Namun, ini juga digunakan dalam proses sel lainnya, terutama substrat enzim yang menambah atau menghilangkan kelompok kimia dari protein. Karena pentingnya fungsi-fungsi ini, ditemukan bahwa enzim metabolisme NAD adalah target obat-obatan. Meskipun muatan positif NAD + pada atom nitrogen tertentu ditulis dalam tanda plus superskrip, dalam kebanyakan kasus pH fisiologis, sebenarnya muatan anion tunggal (muatan negatif adalah 1), sedangkan NADH adalah anion muatan ganda.

Sejarah

Koenzim NAD + pertama kali ditemukan oleh ahli biokimia Inggris, Arthur Hadden dan William John Young pada tahun 1906. Mereka mencatat bahwa penambahan ekstrak ragi yang direbus dan disaring secara signifikan mempercepat fermentasi etanol dalam ekstrak ragi yang tidak digulung. Mereka akan menghasilkan efek ini faktor yang tidak diketahui untuk "co fermentasi.". Melalui pemurnian ekstrak ragi jangka panjang dan sulit, faktor termostabil diidentifikasi sebagai nukleotida gula fosfat oleh eucheppie. Pada tahun 1936, Otto Heinrich Voorburg, seorang ilmuwan Jerman, menunjukkan fungsi koenzim nukleotida dalam transfer hidrida dan mengidentifikasi nikotinamid sebagai situs redoks [1].

Konsentrasi dan keadaan dalam sel

Di hati tikus, jumlah total NAD + dan NADH adalah sekitar 1 mikromol per gram berat basah, yaitu sekitar 10 kali konsentrasi NADP + dan NADPH dalam sel yang sama. [2] Konsentrasi sebenarnya NAD + dalam sitosol sulit diukur. Studi terbaru menunjukkan bahwa itu sekitar 0,3 mm dalam sel hewan dan 1,0-2,0 mm dalam ragi. [3] Namun, lebih dari 80% fluoresensi NADH dalam mitokondria adalah bentuk yang mengikat, sehingga konsentrasi dalam larutan jauh lebih rendah. Data terbatas pada sel studi lain, meskipun konsentrasi NAD + dalam mitokondria mirip dengan yang ada di sitoplasma. [4] NAD + ini dibawa ke mitokondria oleh transporter membran spesifik karena koenzim tidak dapat berdifusi melalui membran. [5]

Keseimbangan antara nikotinamid adenin dinukleotida dalam bentuk redoks disebut rasio NAD + / NADH. Rasio ini merupakan bagian penting dari apa yang disebut keadaan redoks sel, yang mencerminkan aktivitas metabolisme dan status kesehatan sel. [6] Pengaruh rasio NAD + / NADH kompleks dan mengontrol aktivitas beberapa enzim utama. Dalam jaringan mamalia yang sehat, rasio NAD + dan NADH bebas dalam sitoplasma biasanya sekitar 700; oleh karena itu, rasio ini kondusif untuk respons oksidatif. [7] Proporsi total NAD + / NADH jauh lebih rendah, dan kisaran perkiraan mamalia adalah 3-10. Sebaliknya, rasio NADP + / NADPH biasanya sekitar 0,005, jadi NADPH adalah bentuk utama dari koenzim ini. Rasio yang berbeda ini adalah kunci untuk metabolisme NADH dan NADPH yang berbeda.

biosintesis

NAD + disintesis melalui dua jalur metabolisme: Daur ulang NAD + dengan menggabungkan komponen yang ada seperti nicotinamide, atau sintesis asam amino secara de novo. Sebagian besar organisme mensintesis NAD + dari komponen sederhana. Set reaksi spesifik bervariasi di antara organisme, tetapi fitur umum adalah produksi asam quinoline (QA) antara asam amino triptofan pada hewan dan asam aspartat pada beberapa bakteri atau beberapa bakteri dan tanaman. [8] Asam quinolinic diubah menjadi asam nikotinat mononukleotida (namn) dengan mentransfer disakarida fosfat. Bagian adenilat kemudian ditransfer untuk membentuk nikotinat adenin dinukleotida (NAD). Akhirnya, bagian asam nikotinat dari NAD diubah menjadi bagian nicotinamide (NAM) untuk membentuk NAD +. Selanjutnya, beberapa NAD + akan dikonversi menjadi NADP +, NAD + terfosforilasi oleh NAD + kinase. Pada sebagian besar organisme, enzim menggunakan ATP sebagai jalur untuk membentuk gugus fosfat. Meskipun beberapa bakteri, seperti Mycobacterium tuberculosis dan thermophilic archaea, menggunakan polifosfat anorganik sebagai donor fosfat alternatif [9].

Jalur perbaikan

Selain merakit NAD + dari prekursor asam amino sederhana, sel juga memulihkan senyawa yang mengandung basa piridin. Tiga prekursor vitamin yang digunakan dalam perbaikan metabolisme ini adalah niacin, Niacinamide, dan Anya ribose. Senyawa ini dapat diambil dari makanan, yang disebut vitamin B3 atau niasin. Namun, senyawa ini juga diproduksi dalam sel dan melalui pencernaan NAD +. Beberapa enzim yang terlibat dalam jalur remediasi ini tampaknya terkonsentrasi di nukleus, yang dapat mengimbangi tingkat konsumsi NAD + dalam organel. Respon perbaikan sangat penting pada manusia; Kekurangan niasin dalam makanan menyebabkan penyakit kulit kekurangan vitamin. [10] Dalam reaksi redoks NAD +, sirkulasi antara oksidasi dan bentuk reduksi tidak akan mengubah level keseluruhan koenzim, sehingga tingginya permintaan NAD + adalah konsumsi konstan koenzim dalam reaksi.

Mikroorganisme menggunakan cara-cara remediasi yang berbeda dari mamalia. [11] Beberapa patogen, seperti Candida cerevisiae dan Haemophilus influenzae, adalah jenis NAD + yang kekurangan nutrisi, sehingga mereka tidak dapat mensintesis NAD +, tetapi mereka juga memiliki penggunaan remedial, sehingga mereka bergantung pada NAD + asing atau prekursor lain. Yang lebih mengejutkan adalah bahwa Chlamydia trachomatis, patogen intraseluler, tidak memiliki biosintesis NAD + dan NADP +, atau kandidat gen yang dapat dikenali, dan harus mendapatkan koenzim ini dari inangnya.

Efek

NAD + memainkan beberapa peran penting dalam metabolisme. Bertindak sebagai koenzim dalam reaksi redoks sebagai bagian belakang dari bagian ribosa ADP dalam reaksi ribosilasi ADP, sebagai prekursor dari molekul kurma kedua siklik ADP ribosa, dan sebagai substrat dari ligase dan gugus DNA bakteri, disebut enzim diam, yang menggunakan NAD + untuk menghilangkan gugus asetil dari protein. Selain fungsi metabolisme, NAD + muncul sebagai nukleotida adenin, yang dapat secara spontan melepaskan sel melalui mekanisme pengaturan, sehingga dapat memainkan peran ekstraseluler yang penting. [12]

NAD + adalah molekul penyedia energi yang ditemukan di setiap sel tubuh, yang digunakan untuk memetabolisme, membangun sel baru, melawan radikal bebas dan kerusakan DNA, dan mengirim sinyal dalam sel. Ini memungkinkan mitokondria untuk mengubah makanan yang kita makan menjadi energi yang dibutuhkan tubuh kita untuk mempertahankan semua fungsinya. Ada juga kebutuhan untuk "mematikan" gen yang mempercepat proses penuaan. NAD + sangat penting untuk kehidupan. Fungsi mitokondria yang sehat adalah bagian penting dari penuaan manusia. Tubuh kita memiliki kemampuan untuk membuat NAD + dari bahan-bahan dalam makanan yang kita makan. Penelitian hewan dan manusia eksperimental telah menunjukkan bahwa tingkat NAD + menurun secara signifikan seiring bertambahnya usia. Penurunan ini menempatkan kita pada risiko degenerasi neuromuskuler yang lebih besar, penurunan kesehatan metabolisme jantung, dan perbaikan serta elastisitas. Para ilmuwan dari lembaga penelitian terkenal telah mempelajari strategi peningkatan NAD + sebagai pengobatan untuk penyakit degeneratif terkait penuaan. Penelitian menunjukkan bahwa NAD + memainkan peran unik dalam perlindungan otot dan jaringan, tetapi juga meningkatkan siklus hidup. (Dari wikipedia.org, disusun oleh

www.hsppharma.com)

Referensi:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). "Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nucleotide)" [Pyridin, komponen pemindah hidrogen dari enzim fermentasi (pyridine nucleotide)]. Biochemische Zeitschrift (dalam bahasa Jerman). 287: 291. doi: 10.1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Pengukuran purin jaringan, pirimidin, dan nukleotida lainnya dengan kompresi radial, kromatografi cair kinerja tinggi". Anal Biokem. 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). "Nutrisi-Sensitif NAD + Tingkat Mitokondria Mendikte Kelangsungan Hidup Sel". Sel. 130 (6): 1095–107. ]

4.     ^ 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. Tingkat NAD ⁺ Mitokondria yang Sensitif Nutrisi Mendikte Kelangsungan Hidup Sel . Sel. 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). "Identifikasi transporter NAD + mitokondria di Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem 281 (3): 1524–31. doi: 10.1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Lingkungan redoks sel seperti yang dilihat melalui keadaan redoks pasangan glutathione disulfide / glutathione". Radic Biol Med Gratis. 30 (11): 1191–212. doi: 10.1016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7.     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). "Pengaturan fungsi corepressor oleh nuklir NADH". Ilmu. 295 (5561): 1895–187. doi: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Langkah Awal dalam Biosintesis NAD di Arabidopsis Mulai dengan Aspartat dan Terjadi di Plastid". Tumbuhan Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10.1104 / pp.106.081091. PMC 1489895 Mudah diakses. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Karakterisasi Mycobacterium tuberculosis NAD kinase: analisis fungsional dari enzim full-length dengan mutagenesis diarahkan-situs". Biokimia. 43 (23): 7610-7. doi: 10.1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niasin". Annu. Pdt. Nutr. 3: 289–307. doi: 10.1146 / annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, F Van Gool, Leo O (2003). "Merekonstruksi metabolisme NAD eukariotik". 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). "Muncul fungsi nukleotida piridin ekstraseluler". Mol Med. 12 (11-12): 324–7. doi: 10.2119 / 2006-00075.Billington. PMC 1829198Dapat diakses dengan mudah. PMID 17380199 ]