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.

Kosttilskudd

Både NAD, nikotinamidmononukleotid og vitamin B₃ blir anvendt som kosttilskudd, men generelt er ikke kosttilkudd nøvendig hvis man har et fullverdig godt kosthold basert på naturlige råvarer, mest fra planteriket og litt fra det akvatiske og terrestriske dyreriket (etisk dyrehold), hvor også fermentert mat kan inngå (melkesyrebakterier, bakegjær). Jfr de nasjonale kostholdsrådene. 

Ataxia telangiectasia og NAD⁺

Louis-Bar syndrom (ataxia telangiectasia)  er en sjelden autosomal recessiv sykdom som påvirker nervesystem, immunsystem og  blodåresystem. Skyldes en mutasjon genet ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) som koder for en serin-threonin proteinkinase som er involvert i DNA-reparasjon og signaloverføring ved oksidativt stress.  Akkumulering av DNA-skader kan skyldes dysfunksjonelle elektrontransportkjeder i mitokondrier eller feil i molekylær kommiksjon mellom cellekjerne og mitokondrier. En hypotese er at til feil i reparasjon av enkelttråd- eller dobbeltrådbrudd i DNA gjør at lagrene med av NAD⁺ blir tømt. NAD⁺ er viktig i biogenese og opprettholdelse av funksjonelle mitokondrier. Nikotinamid ribosid  en forkomponent til NAD⁺ blir brukt som et ledd i behandlingen aav ataxia telangiectasia. Den nevrogenerative effekten av ataxia telangiectasia resulterer i dårlig kroppsbalanse, sakte kroppsbevegelser (bradykinesi. gr. brady -- sakte), ukontrollerte kroppsbevegelser dyskinesi (gr. dys – feil; kinesis – bevegelse), ufrivillige muskelbevegelser (dystoni) og utydelig tale og talevansker (dysartri).

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.

Trigonella foenum-graecum fra Köhlers Medizinal-Pflanzen. Wikimedia Commens.

Litteratur

Wikipedia

Tilbake til hovedside