NAD

NAD en redoksbærer og reduksjonskraft

En oksidasjon er det samme som å avgi elektroner og protoner og gir frigivelse av energi. En reduksjon er å motta elektroner og protoner og gir lagring av energi. Redoksreaksjoner skjer alltid i par, når noe blir oksidert blir noe samtidig redusert. Mat som vi og alle andre heterotrofe organismer bruker som energi- og karbonkilde inneholder elektroner med opprinnelse fra vann (H₂O) brukt til å redusere CO₂ til organiske karbonforbindelser i fotosyntesen. I cellerespirasjonen i glykolysen i cytoplasma og i trikarboksylsyresyklus i mitokondriene er det enzymkatalyserte oksiasjoner hvor elektronene i maten blir overført til NAD⁺ som omdannes til NADH. Elektronene fr NADH blir deretter videreført i en elektrontransportkjede i mitokondriene til oksygen hvor det på nytt blir dannet vann, karbon oksidert til CO₂. Elektrontransporten blir brukt til å lage en gradient med protoner over den indre miotkondriemembrannen som lager en elektrokjemisk protongradient som inneholder nok energi til å lage kjemioosmotisk det biologiske energimolekylet adenosintrifosfat (ATP) som driver alle livsprosessene og kroppsbevegelse.  Elektronene som deltar i energiomsetning i alt biologisk liv er akkurat av samme type som de elektronene vi har i batterier til å drive mobiltelefoner, får en lommelykt til å lyse, en bil til å starte eller alle har i stikkontakten og gir strøm til alt elektrisk utstyr vi omgir oss med. Et resultat av elektrokjemi. 

NAD⁺ + H⁺ + 2e^- ⇌ NADH

NADP⁺ + H⁺ + 2e^- ⇌ NADPH

Reaksjonen mot høyre er en reduksjon. Reaksjonen mot venstre er en oksidasjon, hvor H⁺ er et proton og e^- er et elektron.

Midpunktsredokspotensialet for redoksparet NAD⁺/NADH er -0.32 volt.

NAD og NADP

NAD består av to nukleotider, adenin og nikotinamid. NAD finnes også i en fosforylert form NADP som blir brukt i Calvin-syklus i fotosyntesen (reduktiv pentosefosfatvei) i oksidasjon i oksidativ pentosefosfatvei.

NADH og NADPH abosorberer ultrafiolett stråling maksimalt ved 340 nanometer (nm). Det betyr at i et spektrofotometer i et enzymssay med enzymet dehydrogenease i en kvartskuvette sammen med substratene i enzymreaksjonen og koenzym så kan man følge reduksjonen som gir NADH) eller oksidasjonen som lager NAD⁺ avhengig av hvilken retning man studerer enzymreaksjonen.

Koenzymet NAD ble oppdaget i 1906 av de britiske biokjemikerne Arthur Harden (1865-1940) og William John Yong (1878-1942) i deres studier av alkoholfermentering hvor NAD inngår i fermenteringsreaksjonen. Harden og Young oppdaget også et sukkerdifosfat, kalt Harden-Young-ester, som viste seg å være fruktose-1.6-bisfosfat.

Harden fikk nobelprisen i kjemi i 1929 sammen med Hans Karl August Simon von Euler-Chelpin (1873-1964) «for deres undersøkelser av fermentering av sukker og fermenteringsenzymer».

Biosyntese av NAD(P)⁺

Hos planter og noen bakterier starter biosynteseveien med aminosyren aspartat eller  hos dyr fo gnoen bakterier fra den aromatiske aminosyren tryptofan. Synteseveien går via kinolinsyre (pyridin-2,3-dikarboksylsyre) . kinolinsyre kan i noen tilfeller virke som et nevrotoksin. Kinolinsyre blir videre omdannet til nikotinsyremononukleotid via overføring av fosforibose. Deretter blir det koblet til adenylat som gir nikotinsyre adenindinukleotid. I en amidering blir nikotinamid laget fra nikotinsyre. NAD kan bli fosforylert med ATP katalysert av NAD+ kinase og lager den fosforylerte formen NADP⁺. Hos mennesker er nysyntese av NAD avhengig av vitamin B₃, hvor mangel kan gi sykdommen pellagra. Det er også resirkuleringsreaksjoner mellom nikotinsyre, nikotinamid og nikotinamid-ribosid. Noen mikroorganismer kan ikke lage NAD⁺ , de er NAD⁺ auksotrofe og henter i stedet NAD⁺ fra vertn e.g. Haemophilus influenzae og Chlymdia tricomatis.

ADP-ribosylering

NAD kan også overføre ADP-ribose i en ADP-ribosylering. For eksempel posttranslasjonsmodifisering av proteiner via en ADP-ribosylering katalysert av ADP-ribyltransferase.

Koleratoksinet fra kolerabakterien virker via en ADP-ribosylering.

ADP-ribose kan også bli omdannet til til syklisk ADP-ribose brukt som signalstoff i metabolismen, blant annet via kalsium-kalmodulin. ADP-ribose blir hos bakterier også brukt som substrat for enzymet DNA ligase.

NAD⁺ som signalstoff

NAD⁺ kan også virke i kommunikasjon mellom celler, blant annet nevroner og nevrosekretoriske celler og synaptosomer. Synaptosomer i nerveterminaler inneholder synaptiske vesikler. NAD⁺ deltar i regulering av energimetabolismen og ionekanaler (kalsiumkanaler), reparasjon av DNA-skader. Deltar i cellulær aldring og medvirker i stressresponser. Nedbrytning av NAD⁺ kan resultere i flere sykdomstilstander.

Andre redoksbærere

Siden reduksjons-oksidasjonsreaksjoner er fundamentale i å lagre eller å frigi energi er biologisk liv utstyrt med flere typer elektronbærere i illegg til NAD(P), slike som FAD  (flavin adenin dinukleotid) og flavin mononukleotid (FMN) med kobling til B-vitaminet vitamin B₂ og riboflavin, samt ferredoksiner.

Trigonellin

Trigonellin (N-metylnikotinsyre) er et alkaloid og pyridinderivat dannet ved N-metylering av nikotinsyre (niacin, vitamin B₃) med S-adenosylmetionin som metyldonor. Trigonellin finnes i flere plantearter blant annet bukkehornkløver (Trigonella foenum-graecum) i erteblomstfamilien (Fabaceae) som har gitt det navn. Trigonellin kan ha en funksjon i tilknytning til nikotinsyre i NAD.

Tilbake til hovedside