Нікотинамідаденіндинуклеотид

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Нікотинамідаденіндинуклеотид
NAD+ phys.svg
Інші назви Дифосфопіридиннуклеотид (DPN+), Коензим I
Ідентифікатори
Абревіатури НАД, NAD
Номер CAS 53-84-9
KEGG C00003
ChEBI 13389 і 25524
RTECS UU3450000
SMILES C1=CC(=C[N+](=C1)C2C(C(C(O2)COP(=O)([O-])OP(=O)(O)OCC3C(C(C(O3)N4C=NC5=C4N=CN=C5N)O)O)O)O)C(=O)N
InChI 1S/C21H27N7O14P2/c22-17-12-19(25-7-24-17)28(8-26-12)21-16(32)14(30)11(41-21)6-39-44(36,37)42-43(34,35)38-5-10-13(29)15(31)20(40-10)27-3-1-2-9(4-27)18(23)33/h1-4,7-8,10-11,13-16,20-21,29-32H,5-6H2,(H5-,22,23,24,25,33,34,35,36,37)/t10-,11-,13-,14-,15-,16-,20-,21-/m1/s1[1]
Номер Бельштейна 3584133
Номер Гмеліна 684343
Властивості
Молекулярна формула C21H27N7O14P2
Молярна маса 663,43 г/моль
Тпл 160 °C
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Нікотинамідаденіндинуклеоти́д або НАД (англ. Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD) — складна органічна сполука, кофермент, наявний у всіх живих клітинах. НАД є дінуклеотідом і складається з двох нуклеотидів, з'єднаних своїми фосфатними групами. Нікотинамідаденіндинуклеотид існує в двох формах: окисненої (NAD+, NADox) і відновленої (NADH, NADred).

Є небілковою частиною ферментів дегідрогеназ, які беруть участь у процесах окиснення органічних сполук у клітині. Молекула НАД складається з двох залишків п'ятивуглецевого цукру рибози, які з'єднані двома фосфатними групами. Один цукор зв'язаний з аденіном, а другий — з іншою азотистою основою — нікотинамідом. Фермент дегідрогеназа переносить атом водню з двома електронами з субстрату, що окиснюється, на кофермент НАД. Активною групою коферменту є амід нікотинової кислоти. Він приймає водень у вигляді гідрид-йону на піридинове кільце, інший атом водню у вигляді протону переходить у розчин. Цей процес є стереоспецифічним, одна група ферментів (алкогольдегідрогеназа, лактатдегідрогеназа) переносять водень на одну сторону піридинового кільця, інші (гліцеральдегідфосфатдегідрогеназа) — на іншу сторону. Таке дегідрування можна коротко описати рівнянням:

CH3-CH2-OH + NAD+ → CH3-CH-O + NADH + H+

Кофермент вільно дисоціює, тобто можуть відділятися від одного фермента й з'єднуватись з іншим, переносячи Гідроген та електрони від молекули донора на молекулу акцептор. NADH переносить Гідроген на попередників кінцевих продуктів бродіння або передає у дихальний ланцюг.

Хоча NAD+ записується з плюсом через формальний позитивний заряд атома азоту, за фізіологічних значеннях pH велика частина NAD+ насправді є аніоном з негативним зарядом -1, а NADH — аніоном з зарядом -2.

Окиснені та відновлені форми коферментів мають різні максимуми в спектрах поглинання світла. На цій властивості засновані оптичні методи визначення активності ферментів.

Фармакологічне та медичне застосування[ред. | ред. код]

Ферменти, залучені у синтезу, і використання NAD+, мають важливе значення для фармакології та досліджень, спрямованих на пошук нових способів лікування хвороб. При розробленні нових препаратів NAD+ розглядається з трьох позицій: як безпосередня мішень для ліків, для розробки інгібіторів і активаторів ферментів, що завдяки своїй структурі змінюють активність NAD-залежних ферментів, і для вивчення методів придушення біосинтезу NAD+[2].

Наразі сам по собі кофермент NAD+ не використовується для лікування жодних захворювань. Однак вивчається його потенційна роль у терапії нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера і хвороба Паркінсона. Є різні дані про дію NAD+ у нейродегенеративних хворобах. Деякі дослідження на мишах дають обнадійливі результати[3], проте клінічні випробування на людях з використанням плацебо не дали жодного ефекту[4].

NAD+ також є безпосередньою мішенню препарату ізоніазиду, що застосовується для лікування туберкульозу — інфекції, спричиненої бактерією Mycobacterium tuberculosis. Ізоніазид є проліками і при попаданні в клітину бактерії він активується пероксидазою, яка окиснює цю речовину до вільно-радикальної форми. Цей радикал далі реагує з NADH з утворенням аддуктів, які є дуже сильними інгібіторами ферментів редуктази білка-переносника еноіл-ацілу[en][5] й дигідрофолатредуктази. В одному експерименті у мишей, яким давали NAD протягом тижня, поліпшувалося взаємодія клітинного ядра і мітохондрій[6].

Через величезну кількість оксидоредуктаз, що використовують NAD+ і NADH в якості субстратів і зв'язуються з ними за допомогою одного висококонсервативного структурного мотиву, ідея розроблення інгібітору, що блокує центр зв'язування NAD+, і специфічного лише для певного ферменту, здається сумнівною[7]. Однак це може бути здійсненним: так, інгібітори, засновані на мікофеноліновій кислоті й тіазофурині[en], пригнічують інозинмонофосфатдегідрогенази[en] у місті зв'язування з NAD+. Через важливу роль цього ферменту в метаболізмі пуринів ці сполуки можуть бути корисними протипухлинними і противірусними препаратами або імуносупресорами[7][8]. Інші препарати не є інгібіторами, а, навпаки, активаторами ферментів, залучених в метаболізм NAD+. Інші препарати не є інгібіторами, а, навпаки, активаторами ферментів, залучених у метаболізм NAD+. Зокрема, цікавою мішенню для таких препаратів можуть бути сиртуїни, бо активація цих NAD-залежних деацетілаз збільшують тривалість життя[9]. Такі сполуки, як резвератрол, збільшують активність цих ферментів, які можуть мати велике значення завдяки їх здатності до переносу старіння на пізніший строк як у хребетних[10], так і модельних організмів з числа безхребетних[11][12].

Через відмінності шляхів біосинтезу NAD+ у різних організмів, зокрема, між бактеріями і людиною, біосинтез NAD+ може стати новою сферою розвитку нових антибіотиків[13][14]. Наприклад, фермент нікотинамідаза[en], перетворює нікотинамід у нікотинову кислоту, слугує мішенню розроблюваних ліків, так як цей фермент відсутній у людини, але є у бактерій і дріжджів[15].

Історія[ред. | ред. код]

Артур Гарден, один з першовідкривачів NAD+

Кофермент NAD+ був відкритий англійськими біохіміками Артуром Гарденом та Вільямом Янґом[en] 1904 року[16]. Вони помітили, що додавання прокип'яченого і профільтрованого екстракту дріжджів до непрокип'ячених екстрактів значно посилювало спиртове бродіння в останніх. Невідомий фактор, відповідальний за це явище, вони назвали коферментом. У ході тривалого і складного виділення з екстрактів дріжджів цей теплостійкий фактор був ідентифікований як нуклеотид-сахарофосфат Гансом Ейлером-Хельпіном[17]. 1936 року німецький вчений Отто Генріх Варбург встановив функцію цього коферменту з перенесення гідридного йона і визначив, що в окисно-відновних реакціях бере участь нікотинамідний залишок[18].

Джерело нікотинаміду був визначений 1938 року, коли Конрад Елведжем[en] виділив ніацин з печінки і показав, що цей вітамін містить нікотинову кислоту і нікотинамід[19]. Пізніше, 1939 року, він надав перший переконливий доказ того, що ніацин використовується при утворенні NAD+[20]. На початку 1940-х Артур Корнберґ зробив наступний крок до розуміння ролі NAD+ в метаболізмі: він першим встановив присутність цього коферменту в біосинтетичних шляхах[21]. Далі, 1949 року американські біохіміки Морріс Фрідкін і Альберт Ленінджер довели, що NAD+ пов'язаний з такими метаболічними шляхами, як цикл трикарбонових кислот і окисне фосфорилювання[22]. Нарешті, 1959 року Джек Прісс (англ. Jack Preiss) і Філіп Гандлер (англ. Philip Handler) описали ферменти і проміжні сполуки біосинтезу NAD+[23][24], тому шлях синтезу NAD+ de novo часто називають шляхом Прісса — Гандлера на їхню честь.

Функції NAD і NADP, не пов'язані з окисно-відновними реакціями, були відкриті лише недавнім часом[25]. Такою першою відкритою функцією NAD+ була участь у ролі донора ADP-рібозного залишку в реакціях ADP-рибозилювання; це було встановлено на початку 1960-х[26]. Пізніші дослідження 1980-х і 1990-х років показали участь NAD+ і NADP+ у переданні сигналу між клітинами. Зокрема, дію циклічної ADP-рибози було встановлено 1987 року[27]. Метаболізм NAD+ і XXI сторіччя залишається у сфері інтенсивних досліджень. Цей інтерес особливо зріс після відкриття 2000 року Шініхіро Імаі (англ. Shinichiro Imai) й співробітниками з Массачусетського технологічного інституту NAD+-залежних деацетілаз — сіртуїнів[28].

Література[ред. | ред. код]

  • (англ.) David E. Metzler. Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells. — 2nd edition. — Academic Press, 2003. — Т. 2. — 1973 с. — ISBN 978-0-1249-2541-0.
  • (англ.) David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of biochemistry. — Fifth edition. — New York : W. H. Freeman and company, 2008. — 1158 p. — ISBN 978-0-7167-7108-1.
  • (англ.) Campbell N. A., Reece J. B., Urry L. A. e. a. Biology. 9th ed. — Benjamin Cummings, 2011. — 1263 p. — ISBN 978-0-321-55823-7.
  • (рос.) Кольман Я., Рём К.—Г. Наглядная биохимия. — 4-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 469 с. — ISBN 978-5-9963-0620-6.
  • (рос.) Шлегель Г. Общая микробиология / Перевод с нем. Л. В. Алексеевой. — М. : Мир, 1987. — 567 с.
  • (рос.) Биологическая химия с упражнениями и задачами / Под ред. С. Е. Северина. — М. : Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2011. — 624 с.

Примітки[ред. | ред. код]

  1. nadide
  2. PMID 17465726 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  3. PMID 16988050 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  4. PMID 9805207 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  5. PMID 14623976 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  6. PMID 24360282 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  7. а б PMID 15083807 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  8. PMID 10390603 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  9. PMID 19017485 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  10. PMID 16461283 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  11. PMID 12939617 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  12. PMID 15254550 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  13. PMID 12504674 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  14. PMID 11153263 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  15. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок Rongvaux не вказаний текст
  16. (англ.) A. Harden, W. J. Young (24 жовтня 1906). The alcoholic ferment of yeast-juice Part II.--The coferment of yeast-juice. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character 78 (526): 369–375. JSTOR 80144. 
  17. (англ.) Fermentation of sugars and fermentative enzymes (PDF). Nobel Lecture, 23 May 1930. Nobel Foundation. Процитовано 2007-09-30. 
  18. (нім.) Warburg O, Christian W. (1936). Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nucleotide) [Pyridin, the hydrogen-transferring component of the fermentation enzymes (pyridine nucleotide)]. Biochemische Zeitschrift 287: 291. doi:10.1002/hlca.193601901199. 
  19. (англ.) Elvehjem CA, Madden RJ, Strong FM, Woolley DW (1938). The isolation and identification of the anti-black tongue factor (PDF). J. Biol. Chem. 123 (1): 137–49. 
  20. (англ.) Axelrod AE, Madden RJ, Elvehjem CA (1939). The effect of a nicotinic acid deficiency upon the coenzyme I content of animal tissues (PDF). J. Biol. Chem. 131 (1): 85–93. 
  21. PMID 18098602 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  22. PMID 18116985 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  23. PMID 13563526 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  24. PMID 13563527 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  25. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок Pollak не вказаний текст
  26. PMID 14019961 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  27. PMID 3496336 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.
  28. PMID 10693811 (PubMed)
    Бібліографічний опис з'явиться автоматично через деякий час. Ви можете підставити цитату власноруч або використовуючи бота.

Посилання[ред. | ред. код]