Dinucleòtid de nicotinamida i adenina: diferència entre les revisions

 

===Acció redox===

En el metabolisme, el nicotinamida adenina dinucleòtid accepta o cedeix electrons a les reaccions redox.<ref name=Belenky>{{ref-publicació|autor= Belenky P |coautors= Bogan KL, Brenner C |títol= NAD+ metabolism in health and disease |publicació= Trends Biochem. Sci. |volum= 32 |exemplar= 1 |pàgines= 12–9 |any= 2007 | pmid = 17161604 | url = http://www.dartmouth.edu/~brenner/belenky07a.pdf |consulta= 2007-12-23 | doi = 10.1016/j.tibs.2006.11.006|format=PDF}}</ref> Aquestes reaccions (resumides a la fórmula inferior) impliquen l'extracció del reactiu de dos àtoms d'hidrogen, en forma d'un ió hidrur (H{{sup|-}}) i d'un protó (H{{sup|+}}). El protó és alliberat a la solució en la qual té lloc la reacció, mentre que el reductor RH{{sub|2}} és oxidat i el NAD{{sup|+}} és reduït a NADH mitjançant la transferència dels hidrurs a l'anell de nicotinamida.

 

===Interès en bioquímica analítica===

Com a propietat física particular, el NAD⁺ posseeix un màxim d'absorció en l'espectre de la radiació [[ultraviolada]] a 259 nm (amb un coeficient d'extinció de 16900 M{{sup|-1}}cm{{sup|-1}});<ref name=Dawson>{{ref llibre |autor=Dawson, R. Ben |títol=Data for biochemical research |editorial=Clarendon Press |lloc=Oxford |any=1985 |pàgines=122 |isbn=0-19-855358-7 |edició=3rd}}</ref> la forma reduïda (NADH) té dos màxims d'absorció [[ultraviolat]], un primer màxim a 259 nm i un segon a 339 nm (amb un coeficient d'extinció de 6,220 M{{sup|-1}}cm{{sup|-1}}).<ref name=Dawson>{{ref llibre |autor=Dawson, R. Ben |títol=Data for biochemical research |editorial=Clarendon Press |lloc=Oxford |any=1985 |pàgines=122 |isbn=0-19-855358-7 |edició=3rd}}</ref> Tant el NAD{{sup|+}} com el NADH absorbeixen la [[radiació electromagnètica]] en l'espectre de la [[llum ultraviolada]] a causa de la presència de la base adenina.

Aquesta diferència en l'absorció de la llum ultraviolada de longituds d'ona elevades existent entre la forma oxidada i la reduïda del coenzim permet la mesura (de manera simple) de la conversió de forma oxidada a reduïda en experiments amb enzims (es pot mesurar mitjançant la quantitat d'absorció UV a 340 nm utilitzant un espectrofotòmetre).<ref name=Dawson/> Un augment d'[[absorbància]] indica una formació de NADH (la reacció va en el sentit de la reducció del substrat) mentre que una disminució de l'absorbància indica consum de NADH amb formació de NAD⁺ (la reacció va en el sentit de l'oxidació del substrat). La corba <math>A = f(t)\!</math> correspon a la cinètica d'aparició o desaparició del NADH. A partir d'aquesta corba, és possible calcular la velocitat inicial de la reacció (vegeu [[Cinètica de Michaelis-Menten]]).

 

 

===Síntesi ''de novo''===

Molts organismes sintetitzen NAD{{sup|+}} a partir dels seus components bàsics.<ref name=Belenky/> El conjunt específic de reaccions químiques varia segons l'organisme, però una característica comuna és la síntesi d'àcid quinolínic (QA) a partir d'un aminoàcid – triptòfan (Trp) en animals i alguns bacteris o àcid aspàrtic en plantes i alguns bacteris.<ref>{{ref-publicació|autor=Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T |títol=Early steps in the biosynthesis of NAD in Arabidopsis start with aspartate and occur in the plastid |publicació=Plant Physiol. |volum=141 |exemplar=3 |pàgines=851–7 |any=2006 |pmid=16698895 |pmc=1489895 |doi=10.1104/p.106.081091 |url=http://www.plantphysiol.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=16698895}}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Foster JW, Moat AG |títol=Nicotinamide adenine dinucleotide biosynthesis and pyridine nucleotide cycle metabolism in microbial systems |publicació=Microbiol. Rev. |volum=44 |exemplar=1 |pàgines=83–105 |data= 1 març 1980|pmid=6997723 |pmc=373235 |url=http://mmbr.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=6997723 }}</ref> L'àcid quinolínic és convertit en àcid nicotínic mononucleòtid (NaMN) mitjançant la transferència d'un grup fosforibosa. Seguidament, un grup adenilat és transferit per a formar àcid nicotínic adenina dinucleòtid (NaAD). Finalment, l'àcid nicotínic del NaAD és amidat, obtenint així un grup nicotinamida (Nam) i, per tant, nicotinamida adenina dinucleòtid.<ref name=Belenky/>

Seguidament, a partir de part del NAD{{sup|+}} es sintetitza NADP{{sup|+}} gràcies a l'acció del NAD{{sup|+}}cinasa, que fosforila el NAD{{sup|+}}.<ref>{{ref-publicació|autor=Magni G, Orsomando G, Raffaelli N |títol=Structural and functional properties of NAD kinase, a key enzyme in NADP biosynthesis |publicació=Mini reviews in medicinal chemistry |volum=6 |exemplar=7 |pàgines=739–46 |any=2006 |pmid=16842123 |doi=10.2174/138955706777698688}}</ref> En la majoria d'organismes, aquest enzim utilitza [[Adenosina trifosfat|ATP]] per a obtenir el grup fosfat, però en bacteris com ''Mycobacterium tuberculosis'' i en algunes arquees com ''Pyrococcus horikoshii'', també s'obté de polifosfat inorgànic.<ref>{{ref-publicació|autor=Sakuraba H, Kawakami R, Ohshima T |títol=First archaeal inorganic polyphosphate/ATP-dependent NAD kinase, from hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii: cloning, expression, and characterization |publicació=Appl. Environ. Microbiol. |volum=71 |exemplar=8 |pàgines=4352–8 |any=2005 |pmid=16085824 |pmc=1183369 |doi=10.1128/AEM.71.8.4352-4358.2005 |url=http://aem.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=16085824}}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, ''et al''. |títol=Characterization of Mycobacterium tuberculosis NAD kinase: functional analysis of the full-length enzyme by site-directed mutagenesis |publicació=Biochemistry |volum=43 |exemplar=23 |pàgines=7610–7 |any=2004 |pmid=15182203 |doi=10.1021/bi049650w}}</ref>

 

===Vies de recuperació===

A part de la síntesi ''de novo'' de NAD{{sup|+}} a partir de precursors simples d'aminoàcids, les cèl·lules també recuperen components més complexes que contenen nicotinamida. Tot i que es coneixen altres precursors, els tres components naturals que contenen anells de nicotinamida i que són utilitzats en les vies de recuperació són l'àcid nicotínic (Na), la nicotinamida (Nam) i la nicotinamida ribosida (NR).<ref>{{ref-publicació|autor=Tempel W, Rabeh WM, Bogan KL, ''et al''. |títol=Nicotinamide riboside kinase structures reveal new pathways to NAD+ |publicació=PLoS Biol. |volum=5 |exemplar=10 |pàgines=e263 |any=2007 |pmid=17914902 |pmc=1994991 |doi=10.1371/journal.pbio.0050263}}</ref> Aquests precursors s'integren a la via de biosíntesi del NADP{{sup|+}} mitjançant reaccions d'adenilació i de fosforilació. Aquests components es poden obtenir de la dieta, en la qual la mescla d'àcid nicotínic i nicotinamida s'anomena vitamina B3 o niacina. Aquests components, però, també són sintetitzats a les cèl·lules, quan el grup nicotinamida és alliberat del NAD{{sup|+}} en reaccions de transferència de l'ADP-ribosa. Sembla que els enzims involucrats en aquestes vies de recuperació estan concentrats al [[nucli cel·lular]], cosa que podria compensar la gran quantitat de reaccions que consumeixen NAD{{sup|+}} en aquest [[orgànul]].<ref>{{ref-publicació|autor=Anderson RM, Bitterman KJ, Wood JG, ''et al''. |títol=Manipulation of a nuclear NAD+ salvage pathway delays aging without altering steady-state NAD+ levels |publicació=J. Biol. Chem. |volum=277 |exemplar=21 |pàgines=18881–90 |any=2002 |pmid=11884393 |url=http://www.jbc.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=11884393 |doi=10.1074/jbc.M111773200}}</ref> Les cèl·lules també poden obtenir NAD{{sup|+}} extracel·lular de les seves cèl·lules veïnes.<ref>{{ref-publicació|autor=Billington RA, Travelli C, Ercolano E, ''et al''. |títol=Characterization of NAD Uptake in Mammalian Cells |publicació=J. Biol. Chem. |volum=283 |exemplar=10 |pàgines=6367–74 |any=2008 |pmid=18180302 |doi=10.1074/jbc.M706204200 |url=http://www.jbc.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=18180302}}</ref>

Tot i la presència de la via de síntesi ''de novo'', les vies de recuperació són essencials en els humans; una manca de niacina a la dieta causa pel·lagra,<ref>{{ref-publicació|autor=Henderson LM |títol=Niacin |publicació=Annu. Rev. Nutr. |volum=3 |exemplar= |pàgines=289–307 |any=1983 |pmid=6357238 |doi=10.1146/annurev.nu.03.070183.001445}}</ref> una malaltia basada en una deficiència vitamínica. El gran requeriment de NAD{{sup|+}} és el resultat del constant consum del coenzim en reaccions com les modificacions postraduccionals, ja que el cicle de nicotinamida adenina dinucleòtid entre la seva forma oxidada i la seva forma reduïda a les reaccions redox no canvia els nivells totals de coenzim.<ref name=Belenky/>

===Oxidoreductases===

''Per a més informació'': [[oxidoreductasa]]

 

El paper principal del NAD{{sup|+}} al metabolisme és la transferència d'electrons d'una molècula a una altra. Les reaccions d'aquest tipus són catalitzades per un grup d'enzims anomenat [[oxidoreductasa | oxidoreductases]]. El nom correcte d'aquests enzims conté els noms dels seus dos substrats: per exemple, el NADH:ubiquinona oxidoreductasa catalitza l'oxidació del NADH pel coenzim Q.<ref>{{ref-web| url = http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme |títol= Enzyme Nomenclature, Recommendations for enzyme names from the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology |consulta= 2007-12-06}}</ref> Tot i així, aquests enzims també s'anomenen deshidrogenases o reductases, de manera que el NADH:ubiquinona oxidoreductasa sovint s'anomena ''NADH deshidrogenasa'' o, en alguns casos, ''coenzim Q reductasa''.<ref>{{ref-web|url=http://www.expasy.org/enzyme/1.6.5.3 |títol=NiceZyme View of ENZYME: EC 1.6.5.3 |consulta=2007-12-16 |editor=Expasy}}</ref>

 

Quan s'uneix a un [[centre actiu]] d'una [[oxidoreductasa]], l'anell de nicotinamida del coenzim és posicionat de manera que pugui acceptar un hidrur provinent de l'altre substrat. El carboni C4 que accepta l'hidrogen és proquiral; aquest fet es pot utilitzar en el camp de la cinètica enzimàtica per a obtenir informació sobre el mecanisme de l'enzim. Això es fa barrejant un enzim amb un substrat que tingui [[deuteri]]s en lloc d'àtoms d'hidrogen, de manera que l'enzim redueixi el NAD{{sup|+}} transferint els deuteris en lloc dels hidrògens. En aquest cas, un enzim és capaç de produir un dels dos estereoisòmers del NADH. En alguns enzims, l'hidrogen és transferit des de la part superior del pla de l'anell de nicotinamida; aquest tipus d'enzims s'anomenen oxidoreductases de classe A, mentre que els enzims de classe B transfereixen l'àtom d'hidrogen des de la part inferior del pla.<ref>{{ref-publicació|autor=Bellamacina CR |títol=The nicotinamide dinucleotide binding motif: a comparison of nucleotide binding proteins |publicació=FASEB J. |volum=10 |exemplar=11 |pàgines=1257–69 |data= 1 setembre 1996|pmid=8836039 |url=http://www.fasebj.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8836039 }}</ref>

Malgrat les semblances en la manera d'unir els dos coenzims a les proteïnes, els enzims gairebé sempre presenten un elevat nivell d'especificitat pel NAD{{sup|+}} o el NADP{{sup|+}}.<ref>{{ref-publicació|autor=Carugo O, Argos P |títol=NADP-dependent enzymes. I: Conserved stereochemistry of cofactor binding |publicació=Proteins |volum=28 |exemplar=1 |pàgines=10–28 |any=1997 |pmid=9144787 |doi=10.1002/(SICI)1097-0134(199705)28:1<10::AID-PROT2>3.0.CO;2-N}}</ref> Aquesta especificitat mostra els diferents papers metabòlics dels dos coenzims, i és el resultat dels diferents conjunts de residus d'aminoàcids que hi ha els dos tipus d'unió amb el coenzim. Per exemple, al centre actiu dels enzims dependents de NADP{{sup|+}}, es forma un enllaç iònic entre una cadena lateral d'un aminoàcid bàsic i el grup fosfat àcid del NADP{{sup|+}}. En canvi, en els enzims dependents de NAD{{sup|+}}, la càrrega al centre actiu és la contrària, impedint així que el NADP{{sup|+}} s'hi uneixi. Malgrat tot, hi ha algunes excepcions a aquesta regla general i, en algunes espècies, els enzims com l'aldosa reductasa, la glucosa-6-fosfat deshidrogenasa i la metiltetrahidrofolat reductasa poden utilitzar els dos coenzims.<ref>{{ref-publicació|autor=Vickers TJ, Orsomando G, de la Garza RD, ''et al''. |títol=Biochemical and genetic analysis of methylenetetrahydrofolate reductase in Leishmania metabolism and virulence |publicació=J. Biol. Chem. |volum=281 |exemplar=50 |pàgines=38150–8 |any=2006 |pmid=17032644 |url=http://www.jbc.org/cgi/content/full/281/50/38150#SEC3 |doi=10.1074/jbc.M608387200}}</ref>

 

===Paper en el metabolisme redox===

''Per a més informació'': [[respiració cel·lular]] i [[fosforilació oxidativa]]

Les reaccions redox catalitzades per oxidoreductases són vitals en totes les àrees del metabolisme, però especialment quan té lloc una alliberació d'energia a partir de nutrients. En aquestes reaccions, compostos reduïts com la glucosa són oxidats, alliberant així energia. Aquesta energia és transferida al NAD{{sup|+}} per la reducció del NADH, cosa que forma part de la [[glucòlisi]] i del [[cicle de Krebs]]. Als eucariotes, els electrons transportats pel NADH que és sintetitzat al citoplasma per la glicòlisi són transferits a l'interior del mitocondri (per a reduir el NAD{{sup|+}} mitocondrial) mitjançant llançadores mitocondrials, com per exemple la llançadora malat – aspartat.<ref>{{ref-publicació|autor=Bakker BM, Overkamp KM, van Maris AJ, ''et al''. |títol=Stoichiometry and compartmentation of NADH metabolism in Saccharomyces cerevisiae |publicació=FEMS Microbiol. Rev. |volum=25 |exemplar=1 |pàgines=15–37 |any=2001 |pmid=11152939 |doi=10.1111/j.1574-6976.2001.tb00570.x}}</ref> El NADH mitocondrial és seguidament oxidat per una cadena transportadora d'electrons, que bomba protons a través de la membrana i genera ATP per fosforilació oxidativa.<ref>{{ref-publicació|autor=Rich PR |títol=The molecular machinery of Keilin's respiratory chain |publicació=Biochem. Soc. Trans. |volum=31 |exemplar=Pt 6 |pàgines=1095–105 |any=2003 |pmid=14641005 |url=http://www.biochemsoctrans.org/bst/031/1095/bst0311095.htm |doi=10.1042/BST0311095}}</ref> Aquests sistemes de llançadora també tenen la mateixa funció de transport als cloroplasts.<ref>{{ref-publicació|autor=Heineke D, Riens B, Grosse H, ''et al''. |títol=Redox Transfer across the Inner Chloroplast Envelope Membrane |publicació=Plant Physiol |volum=95 |exemplar=4 |pàgines=1131–1137 |any=1991 |pmid=16668101 |url=http://www.plantphysiol.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=16668101 |doi=10.1104/p.95.4.1131}}</ref>

Com que en aquests conjunts de reaccions relacionades als quals s'ha fet referència s'utilitzen tant la forma oxidada com la reduïda del nicotinamida adenina dinucleòtid, la cèl·lula manté aproximadament iguals les concentracions de NAD{{sup|+}} i NADH; l'elevada proporció NAD{{sup|+}}/NADH permet al coenzim d'actuar tant com a agent reductor com oxidant.<ref name=Nicholls>{{ref llibre|autor=Nicholls DG|coautors=Ferguson SJ|títol=Bioenergetics 3 |edició=1st|editorial=Academic Press|any=2002 |isbn=0-125-18121-3}}</ref> En canvi, la principal funció del NADPH és com a agent reductor en l'anabolisme, estant aquest coenzim involucrat en vies metabòliques com la síntesi dels àcids grassos o la fotosíntesi. Com que el NADPH és necessari com a potent agent reductor per a dur a terme reaccions redox, la proporció NADP{{sup|+}}/NADPH es manté força baixa.<ref name=Nicholls/>

 

== Història ==

El coenzim NAD{{sup|+}} va ser descobert pels bioquímics britànics [[Arthur Harden]] i William Youndin el 1906.<ref>{{ref-publicació|nom= A |cognom= Harden |coautors= Young, WJ |títol= The Alcoholic Ferment of Yeast-Juice |obra= Proceedings of the Royal Society of London |edició= Series B, Containing Papers of a Biological Character |volum= 78 | number = 526 |mes= October |any= 1906 |pàgines= 369–375}}</ref> Aquests bioquímics van observar que afegint un extracte de llevat bullit i filtrat accelerava considerablement la fermentació alcohòlica en extractes de llevats no bullits. Van anomenar coferment al factor no identificat responsable d'aquest efecte. Mitjançant una llarga i dificultosa purificació d'extractes de llevats, [[Hans von Euler-Chelpin]] va identificar aquest factor estable a la calor com a un nucleòtid sucre fosfat.<ref>{{ref-web| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1929/euler-chelpin-lecture.pdf |títol= Fermentation of sugars and fermentative enzymes |obra= Nobel Lecture, 23 May 1930 |consulta=2007-09-30 |editor= Nobel Foundation|format=PDF}}</ref> El 1936, el científic alemany [[Otto Heinrich Warburg]] va mostrar la funció del coenzim en la transferència d'hidrurs i va identificar la nicotinamida com a l'emplaçament de les reaccions redox.<ref>{{ref-publicació|autor=Warburg O, Christian W.|títol=Pyridin, the hydrogen-transferring component of the fermentation enzymes (pyridine nucleotide) |publicació=Biochemische Zeitschrift |volum=287 |any=1936 |pàgina=291}}</ref>

El 1938 es va identificar una font de nicotinamida, quan Conrad Elvehjem va purificar niacina a partir del fetge i va demostrar que aquesta vitamina conté àcid nicotínic i nicotinamida.<ref>{{ref-publicació|autor=Elvehjem CA, Madden RJ, Strong FM, Woolley DW. |títol=The isolation and identification of the anti-black tongue factor |publicació=J. Biol. Chem. |volum=123 |exemplar=1 |pàgines=137–49 |any=1938 |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/123/1/137.pdf|format=PDF}}</ref> El 1939, va aportar el primer argument de pes que sostenia que la niacina s'utilitzava per a sintetitzar el NAD{{sup|+}}.<ref>{{ref-publicació|autor=Axelrod AE, Madden RJ, Elvehjem CA, |títol=The effect of a nicotinic acid deficiency upon the coenzyme I content of animal tissues |publicació=J. Biol. Chem. |volum=131 |exemplar=1 |pàgines=85–93 |any=1939 |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/131/1/85.pdf|format=PDF}}</ref> A principis dels anys 40, [[Arthur Kornberg]] realitzà una altra contribució important en la comprensió del metabolisme del NAD{{sup|+}}, essent el primer a detectar un enzim en una via de biosíntesi.<ref>{{ref-publicació|autor=Kornberg, A. |títol=The participation of inorganic pyrophosphate in the reversible enzymatic synthesis of diphosphopyridine nucleotide |publicació=J. Biol. Chem. |volum=176 |exemplar=3 |pàgines=1475–76 |any=1948 |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/176/3/1475.pdf|format=PDF}}</ref> Posteriorment, el 1949, els bioquímics americans Morris Friedkin i [[Albert L. Lehninger]] van demostrar que el NADH unia vies metabòliques, per exemple, el cicle de Krebs amb la síntesi d'ATP per fosforilació oxidativa.<ref>{{ref-publicació|autor=Friedkin M, Lehninger AL. |títol=Esterification of inorganic phosphate coupled to electron transport between dihydrodiphosphopyridine nucleotide and oxygen |publicació=J. Biol. Chem. |volum=178 |exemplar=2 |pàgines=611–23 |data= 1 abril 1949|url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/178/2/611 }}</ref> Finalment, el 1959, Jack Preiss i Philip Handler van descobrir els intermediaris i els enzims involucrats en la biosíntesi del NAD{{sup|+}},<ref>{{ref-publicació|autor=Preiss J, Handler P. |títol=Biosynthesis of diphosphopyridine nucleotide. I. Identification of intermediates |publicació=J. Biol. Chem. |volum=233 |exemplar=2 |pàgines=488–92 |data= 1 agost 1958|pmid=13563526 |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/233/2/488 }}</ref><ref>{{ref-publicació|autor=Preiss J, Handler P. |títol=Biosynthesis of diphosphopyridine nucleotide. II. Enzymatic aspects |publicació=J. Biol. Chem. |volum=233 |exemplar=2 |pàgines=493–500 |data= 1 agost 1958|pmid=13563527 |url=http://www.jbc.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=13563527 }}</ref> és per això que la síntesi de novo del NAD{{sup|+}} sovint s'anomena via de Preiss-Handler, en el seu honor.