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諾加因子NAD+

諾加因子(NAD+)又名為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸是在所有活細胞中發現的輔酶。該化合物是二核苷酸，因為它由其磷酸酯基團連接的兩個核苷酸組成。一個核苷酸含有腺嘌呤鹼基和另一個煙酰胺。諾加因子（NAD+）以兩種形式存在，氧化還原形式分別縮寫為NAD +和NADH。

在生物體內中，NAD可以由簡單的構建塊與氨基酸色氨酸或天冬氨酸合成。以替代方式，將更複雜的酶組合從食物中攝取，這維生素被稱為 菸酸。通過分解NAD結構的反應釋放相似的化合物。這些預製組件然後通過一個回收通道，將其回收成活性形式。一些NAD也轉化為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）;這種相關輔酶的化學成分與NAD類似，但在新陳代謝中具有不同的作用。在代謝中，諾加因子（NAD）參與 氧化還原反應 ，將電子從一個反應攜帶到另一個反應。因此，輔酶在細胞中以兩種形式存在：NAD +是一種氧化劑 - 它接受來自其他分子的電子並減少。該反應形成NADH，其然後可以用作還原劑來給電子。這些電子轉移反應是NAD的主要功能。然而，它也用於其他細胞過程中，最顯著的是添加或除去蛋白質中的化學基團的酶的底物。由於這些功能的重要性，發現NAD代謝的酶是藥物的目標。儘管諾加因子NAD +在特定氮原子上的正電荷而被寫入上標加號，但在生理pH大部分情況下，實際上是單電荷的陰離子（負電荷為1），而NADH為雙電荷陰離子。

細胞中的濃度和狀態

在大鼠肝臟中，NAD +和NADH的總量約為每克濕重約1微摩爾，約為相同細胞中NADP +和NADPH濃度的10倍。[1]細胞溶質中NAD +的實際濃度較難測量，最近在動物細胞中估計，酵母中約0.3mM，[2] 和約1.0〜2.0mM。然而，線粒體中超過80％的NADH熒光是結合形式，因此溶液中的濃度要低得多。在其他研究細胞中相關數據十分有限，儘管在線粒體中，NAD +的濃度與細胞質中的濃度相似[12]這種NAD +被特定的膜轉運蛋白攜帶到線粒體中，因為輔酶不能通過薄膜擴散。[3]

氧化還原形式的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸之間的平衡稱為NAD + / NADH比。該比例是所謂的細胞的氧化還原狀態的重要組成部分，其反映了細胞的代謝活性和健康狀況。[4] NAD + / NADH比例的影響是複雜的，控制了幾種關鍵酶的活性。在健康的哺乳動物組織中，細胞質中游離NAD +和NADH之間的比例通常約為700;該比例因此有利於氧化反應。[5] 總NAD + / NADH的比例要低得多，哺乳動物的估計範圍是3-10。相比之下，NADP + / NADPH比通常約為0.005，因此NADPH是該輔酶的主要形式。這些不同的比例是NADH和NADPH不同代謝作用的關鍵。

生物合成

合成

諾加因子NAD +通過兩種代謝途徑合成。 通過將預先形成的組分如煙酰胺再循環回NAD +，從氨基酸或修補途徑以新生途徑產生。 大多數生物從簡單的組分合成NAD + 特定的反應集合在生物體之間會有所不同，但是常見的特徵是在動物中的氨基酸 - 色氨酸（Trp）和一些細菌或一些細菌和植物中的天冬氨酸（Asp）之間產生喹啉酸（QA）。[6]通過轉移磷酸二糖部分將喹啉酸轉化成菸酸單核苷酸（NaMN）。然後轉移腺苷酸部分形成菸酸腺嘌呤二核苷酸（NAD）。最後，NAD中的菸酸部分酰胺化成煙酰胺（Nam）部分，形諾加因子NAD +成。在進一步中，一些NAD +會被NAD +激酶轉化成NADP +，磷酸化NAD +。在大多數生物體中，該酶使ATP作為途徑做成磷酸鹽基團。儘管幾種細菌如結核分枝桿菌和超嗜熱古細菌使用無機多磷酸作為替代磷酸供體 [7]。

修復途徑

除了從簡單的氨基酸前體組裝諾加因子NAD +之外，細胞還挽救含有吡啶鹼的化合物。在這些修補新陳代謝中使用三種維生素前體是菸酸（NA），煙酰胺（Nam）和安雅核糖（NR）。這些化合物可以從飲食中攝取，稱為維生素B3或菸酸。然而，這些化合物也在細胞內並通過NAD +的消化而產生。這些補救途徑中涉及的一些酶似乎集中在細胞核中，這可能補償在該細胞器中消耗NAD +的水平。補救反應在人類中是必不可少的;飲食中缺乏菸酸引起維生素缺乏症的皮膚病。[8]由於NAD +在氧化還原反應中,氧化和還原形式之間的循環不會改變輔酶的總體水平，所以NAD +的高要求是由於反應中的輔酶而不斷消耗。

微生物使用的補救途徑與哺乳動物不同。[9]一些病原體，如酵母假絲酵母和流感嗜血桿菌細菌是NAD +的營養缺陷型，因此導致它們不能合成NAD +不過它們還具有補救用途，因此依賴於外來的NAD 資源+或其他先驅。更令人驚訝的是細胞內病原體沙眼衣原體，其缺乏NAD +和NADP +的生物合成或任何基因的可識別的候選物，並且必須從其宿主而獲得這些輔酶。

作用

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸在代謝中具有幾個重要的作用。它作為輔酶在氧化還原反應中作為ADP-核糖基化反應中ADP-核糖部分的供體，作為第二信使分子環狀ADP-核糖的前體，以及作為細菌DNA連接酶和基團的底物稱為沉默的酶，其使用NAD +從蛋白質中除去乙酰基。除了這些代謝功能之外，NAD +作為腺嘌呤核苷酸出現，可以通過調節機制自發釋放細胞[34] [35]，因此可以具有重要的細胞外作用。[10]

  1. ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Measurement of tissue purine, pyrimidine, and other nucleotides by radial compression high-performance liquid chromatography". Anal. Biochem. 140 (1): 162–71. doi:10.1016/0003-2697(84)90148-9. PMID 6486402.]
  2. ^ [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). "Nutrient-Sensitive Mitochondrial NAD+ Levels Dictate Cell Survival". Cell. 130 (6): 1095–107. ]
  3. ^ [Todisco S, Agrimi G, Castegna A, Palmieri F (2006). "Identification of the mitochondrial NAD+ transporter in Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi:10.1074/jbc.M510425200. PMID 16291748.]
  4. ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Redox environment of the cell as viewed through the redox state of the glutathione disulfide/glutathione couple". Free Radic Biol Med. 30 (11): 1191–212. doi:10.1016/S0891-5849(01)00480-4. PMID 11368918.]
  5. ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). "Regulation of corepressor function by nuclear NADH". Science. 295 (5561): 1895–7. doi:10.1126/science.1069300. PMID 11847309.]
  6. ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Early Steps in the Biosynthesis of NAD in Arabidopsis Start with Aspartate and Occur in the Plastid". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi:10.1104/pp.106.081091. PMC 1489895Freely accessible. PMID 16698895.]
  7. ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Characterization of Mycobacterium tuberculosis NAD kinase: functional analysis of the full-length enzyme by site-directed mutagenesis". Biochemistry. 43 (23): 7610–7. doi:10.1021/bi049650w. PMID 15182203.]
  8. ^ [ Henderson LM (1983). "Niacin". Annu. Rev. Nutr. 3: 289–307. doi:10.1146/annurev.nu.03.070183.001445. PMID 6357238.]
  9. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003). "Reconstructing eukaryotic NAD metabolism". BioEssays. 25 (7): 683–90. doi:10.1002/bies.10297. PMID 12815723.]
  10. ^ [ Billington RA, Bruzzone S, De Flora A, Genazzani AA, Koch-Nolte F, Ziegler M, Zocchi E (2006). "Emerging functions of extracellular pyridine nucleotides". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi:10.2119/2006-00075.Billington. PMC 1829198Freely accessible. PMID 17380199]
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