NAD+ vs NADH vs NADP: Hvad er forskellen?

NAD+ og NADH danner et redokspar, og NADP+ og NADPH et andet. I hvert par findes der en oxideret og en reduceret form. En ekstra fosfatgruppe adskiller NADP-systemet fra NAD-systemet, hvorimod redokstilstanden adskiller formerne inden for hvert par. Dette er to separate kriterier: molekylstrukturen og dens oxidationstilstand. Deres adskillelse gør det muligt at undgå at forveksle NADH med NADPH og fosforylering med reduktion. Artiklen forklarer nomenklaturen, de basale reaktioner og måden, hvorpå målinger fortolkes. Den sammenligner ikke produkter eller måder at anvende substanserne på.

Hvad betyder de fire forkortelser?

NAD står for nikotinamidadenindinukleotid. Betegnelsen NAD+ angiver den oxiderede form og NADH den reducerede form af dette system.

NADP står for nikotinamid-adenin-dinukleotidfosfat. Analogt er NADP+ den oxiderede form og NADPH den reducerede.

Optagelse	Redokspar	Redokstilstand	Yderligere fosfatgruppe i forhold til NAD
NAD+	NAD+/NADH	Oxideret	Ikke
NADH	NAD+/NADH	Reduceret	Ikke
NADP+	NADP+/NADPH	Oxideret	Tak
NADPH	NADP+/NADPH	Reduceret	Tak

NAD+ og NADH er relaterede former af coenzymet, men de er ikke identiske strukturer. Deres navne bør ikke forveksles i reaktionsligningen.

Hvad betyder NAD(H), NADP(H) og NAD(P)H?

Parenteser giver mulighed for at forkorte skrivemåden, men man skal være opmærksom på deres placering.

Samlepost	Typisk betydning
NAD(H)	NAD+ og NADH
NADP(H)	NADP+ og NADPH
NAD(P)H	NADH eller NADPH, afhængigt af konteksten

Ingen af disse betegnelser angiver en yderligere, femte molekule. I navnet på enzymaktiviteten kan NAD(P)H indikere muligheden for at udnytte begge reducerede coenzymer. Det afgør dog ikke en ensartet reaktionshastighed med hver af dem. [5]

I målingens beskrivelse kræver samlebetegnelsen en forklaring: om metoden skelner mellem former, eller om den leverer et fælles signal.

Hvad betyder „oxideret” og „reduceret”?

Oxidation betyder afgivelse af elektroner, og reduktion betyder optagelse af dem. I parret NAD+/NADH vedrører omdannelsen nikotynamiddelen.

Den formelle halve notation kan repræsenteres som følger:

NAD⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADH

Den analoge notation for det andet par er:

NADP⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADPH

Ligningerne viser balancen mellem elektroner og brint. De betyder ikke, at frie elektroner cirkulerer i opløsningen som et typisk substrat for disse enzymatiske reaktioner. I mange sådanne omdannelser sker der en overførsel af en hydridionækvivalent mellem substratet og coenzymet.

Udtrykket „oxideret” betyder derfor ikke „beskadiget”, og „reduceret” betyder ikke „formindsket i mængde”. Disse er termer, der beskriver en kemisk relation.

Beskriver tegnet „+” hele molekylets ladning?

Teoretisk plus-tegn („+”) i de sædvanlige navne NAD+ og NADP+ er knyttet til den oxiderede form af nicotinamid-delen. Det bør ikke betragtes som en fuldstændig beskrivelse af nettoladningen under alle forhold.

Partiklerne indeholder også fosfatgrupper, hvis protonering påvirker den samlede ladning. Derfor kan den detaljerede ioniske skrivemåde se anderledes ud end den gængse biokemiske forkortelse.

Når man sammenligner formler eller masser i databaser, skal man kontrollere, hvilken protoneringsform databladet beskriver. Forskellen i skrivemåden for ioner behøver ikke at betyde et andet grundlæggende skelet for forbindelsen.

Hvor findes den ekstra NADP-phosphatgruppe?

En ekstra fosfatgruppe er placeret ved 2'-positionen af ribosen knyttet til adenin. Den er ikke fastgjort til det sted, hvor reduktionen af nikotinamidringen finder sted.

NAD-kinase katalyserer reaktionen:

NAD+ + ATP → NADP+ + ADP

Det er en fosforylering, ikke en reduktion. Produktet af den viste reaktion er NADP+, ikke NADPH. IUBMB-nomenklaturen beskriver denne aktivitet under EC-nummer 2.7.1.23. [1]

Bogstavet P og bogstavet H videregiver således forskellige oplysninger. Det første angiver et phosphoryleret system, det andet i disse forkortelser den reducerede form.

Hvorfor skelner enzymer mellem NAD og NADP?

Det ekstra fosfat påvirker den måde, hvorpå coenzymet genkendes af enzymet. Takket være dette viser mange reaktioner en præference for et af parrene.

Dette er imidlertid ikke en absolut regel for alle enzymer. Specificiteten skal fastlægges for en specifik aktivitet. Nogle enzymer kan udnytte mere end én coenzym, men med forskellig effektivitet. [2,5]

I beskrivelsen af reaktionen skal navnet på den faktisk anvendte deltager bibeholdes. Strukturel lighed berettiger ikke erstatning af NADPH med NADH i nogen given ligning.

Eksempel på omdannelse af NADH til NAD+

Laktatdehydrogenase katalyserer den reversible reaktion mellem pyruvat og laktat. Ligningen i retning af reduktion af pyruvat ser således ud:

Pyruvat + NADH + H⁺ ⇌ L-lactat + NAD⁺

I denne retning bliver NADH oxideret og pyruvat reduceret. Eksemplet viser, at regenereringen af NAD+ ikke er begrænset til den mitokondrielle elektrontransportkæde. [2]

En dobeltrettet pil betyder dog ikke nødvendigvis ensartet flow i begge retninger i enhver situation. Nettoretningen afhænger af det undersøgte systems forhold.

NADH i mitokondrielt kompleks I

Kompleks I iltningskæden overfører elektroner fra NADH til ubiquinon. Processen er koblet med transport af protoner over membranen. NADH omdannes herved til NAD+. [3]

Dette bør ikke beskrives som en direkte omdannelse af NADH-molekylet til ATP. ATP dannes i en separat proces ved hjælp af en proton-gradient.

Det er også nødvendigt at skelne mellem NADH, der findes i mitokondriematrix, og NADH i cytosol. Sidstnævnte passerer ikke frit gennem den indre mitokondriemembran. Shuttle-systemer, såsom malat-aspartat-shuttlen, muliggør overførsel af reduktionsekvivalenter uden simpel overførsel af det samme NADH-molekyle gennem membranen.

Formuleringen „NADH leverer elektroner til mitokondrierne” kræver derfor en præcisering af dens oprindelsessted og måden, hvorpå de reduktive ækvivalenter overføres.

Eksempel på en reaktion, der bruger NADPH

Glutationreduktase bruger NADPH til at reducere glutathindisulfid:

GSSG + NADPH + H⁺ → 2 GSH + NADP+

GSSG står for den oxiderede disulfidform af glutathion og GSH for den reducerede form. NADPH afgiver reduktionsækvivalenter og omdannes til NADP+. [4]

Dette er GSH-regenerering, ikke syntese af nye glutathionmolekyler fra aminosyrer. I denne ligning er det rigtige coenzym NADPH, ikke NAD+.

Tjener NADPH udelukkende til antioxidative reaktioner?

Nej. NADPH deltager i forskellige reduktionsreaktioner, og dens betydning afhænger af enzymet og substratet.

For eksempel er aktiviteten af NAD(P)H-oxidase, som fører til dannelsen af hydrogenperoxid, beskrevet ved ligningen:

NAD(P)H + H⁺ + O₂ → NAD(P)+ + H₂O₂

Dette er en anden kontekst end regenerering af glutathion. Pelzen af NADPH alene afgør derfor ikke, om en given proces fjerner reaktive iltarter eller deltager i dannelsen af dem. [5]

Man bør heller ikke fremstille NAD- og NADP-systemerne som fuldstændigt isolerede. At skelne mellem deres typiske roller er en hjælp til indlæringen, men det erstatter ikke beskrivelsen af en konkret reaktion.

Hvad fortæller NAD+/NADH-forholdet?

NAD+/NADH-forholdet sammenligner mængderne eller koncentrationerne af de to former, idet der tages udgangspunkt i det samme målegrundlag. Det er ikke det samme som den samlede NAD(H)-pulje.

Beregningseksempel	NAD+	NADH	Suma NAD(H)	NAD+/NADH
A	9 enheder	1 enhed	10 enheder	9
B	18 enheder	2 enheder	20 enheder	9
C	5 enheder	5 enheder	10 enheder	1

Tallene er udelukkende en matematisk illustration, ikke referenceværdier. Eksempel A og B har det samme forhold, men forskellig sum. Eksempel A og C har den samme sum, men forskelligt forhold.

Pel גionsel af NAD+ alene tillader ikke beregning af den nye værdi for forholdet, hvis vi ikke kender den samtidige ændring af NADH.

Hvorfor betyder et højere forholdstal ikke automatisk bedre?

Fortolkningen afhænger af celletypen, det celletuforhold, betingelserne og formålet med undersøgelsen. Én enkelt værdi er ikke en universel indikator for mitokondriel funktion eller organismens sundhed.

Det har også betydning, om man har markeret den frie fraktion, den proteinbundne fraktion eller den pool, der er opnået efter ekstraktion. Resultatet for hele prøven behøver ikke at beskrive de lokale forhold i hvert enkelt cellekompartiment.

Derfor bør man i indledningsartiklen ikke tildele proportionerne mærkerne „sunde” og „usikre” uden en defineret eksperimentel kontekst.

Redoksreaktioner i forhold til syntese og nedbrydning

Omdannelsen af NAD+ til NADH ændrer redokstilstanden. Syntese eller nedbrydning af stoffet ændrer dets pulje på en anden måde.

Af denne grund kan en ændring i koncentrationen have mere end én forklaring. En enkelt måling alene bestemmer ikke hastigheden af syntese, forbrug eller flux gennem reaktioner.

I beskrivelsen af resultaterne skal der skelnes mellem koncentration, andelen af former og omsætningshastighed. De handler alle om stofskiftet, men besvarer forskellige spørgsmål.

Ofte stillede spørgsmål

Er NAD+ og NADH det samme stof?

De er den oxiderede og reducerede form af det samme coenzymsystem, men ikke identiske strukturer. Deres gensidige omdannelse kræver en redoxreaktion. Derfor kan man diskutere dem samlet som et par, men i reaktionsligningen eller måleresultatet skal den rette form angives. Det samlede navn erstatter ikke sondringen mellem substrat og produkt.

Er NADPH den reducerede form af NAD+?

Den direkte reducerede form af NAD+ er NADH. NADPH hører til det andet par og er den reducerede form af NADP+. En sammenligning af NAD+ med NADPH involverer således to forskelle: en ekstra fosfatgruppe og redokstilstanden. At kombinere dem til en enkelt forenkling gør det vanskeligt at aflæse reaktionen og enzymets funktion korrekt.

Giver fosforylering af NAD+ NADPH?

I den præsenterede reaktion for NAD-kinase fører phosphorylering til NADP+. Dette er ikke en reduktion af nicotinamidringen. For at beskrive NADPH er man også nødt til at tage dets reducerede tilstand i betragtning. Bogstaverne P og H er ikke udskiftelige betegnelser for den samme modifikation, men angiver derimod forskellige strukturelle træk.

Er NADH ATP?

NADH og ATP er separate forbindelser. NADH deltager i overførslen af reduktionsekvivalenter, hvorimod ATP forekommer i reaktioner med overførsel af fosfatgrupper og kobling af energiprocesser. Deres sammenkædning i cellular respiration betyder ikke en direkte omdannelse af hele NADH-molekylet til ATP. Beskrivelsen bør bevare adskillelsen af disse faser.

Kommer NADH fra cytosolen frit ind i mitokondriet?

Den passerer ikke frit gennem den indre mitokondriemembran. Overførsel af reduktionsækvivalenter kan ske via skyttesystemer, der udnytter andre metabolitter. Dette er ikke ensbetydende med transporten af det samme NADH-molekyle. Denne sondring gør det muligt korrekt at beskrive sammenhængen mellem cytosoliske omdannelser og den mitokondrielle elektrontransportkæde.

Betyder NADP(H) det samme som NAD(P)H?

Nej. NADP(H) omfatter normalt begge former af NADP-systemet, hvorimod NAD(P)H betegner enten NADH eller NADPH. Placeringen af parentesen ændrer betydningen af forkortelsen. Især i beskrivelsen af laboratoriemetoder skal man kontrollere, om det drejer sig om et fælles signal, et alternativt substrat eller faktisk adskilte bestemmelser af de enkelte molekyler.

Bestemmer den samlede NAD(H)-pulje forholdet mellem NAD+ og NADH?

Nej. Den samme sum kan omfatte forskellige proportioner af den oxiderede og den reducerede form. For at beregne forholdet er der brug for passende data for begge komponenter. Omvendt kan det identiske forhold forekomme ved forskellige størrelser af den samlede pulje. Information om sum og proportion bør ikke bruges i flæng.

Beskriver resultatet af en enkelt prøve alle celler?

Resultatet vedrører materialet og omfanget af den anvendte metode. Det bør ikke automatisk overføres til andre væv, cellekompartmenter eller betingelser. Ligeledes erstatter det fælles signal fra flere coenzymere ikke deres separate bestemmelser. Konklusionen bør angive, hvad der faktisk blev målt, i stedet for at tillægge et enkelt tal en bredere betydning.

Ansvarsfraskrivelse

Denne artikel er udelukkende til pædagogiske og informative formål og udgør ikke lægelig rådgivning. NAD+, NADH, NADP+, NADPH og relaterede prækursortilskud er ikke godkendt af FDA eller EMA til at diagnosticere, behandle, forebygge eller helbrede nogen sygdom. Artiklen er af pædagogisk karakter og omhandler nomenklatur, struktur og grundlæggende redoxreaktioner. De præsenterede reaktioner bekræfter ikke sikkerheden, effektiviteten eller kvaliteten af et bestemt produkt.

Referencer

[1] IUBMB enzymnomenklatur. EC 2.7.1.23, NAD+-kinase. Fosforylering af NAD+ til NADP+.

[2] IUBMB Enzyminomenklatur. EC 1.1.1.27, L-lactat-dehydrogenase. Laktat-pyruvat-reaktionen med NAD+/NADH.

[3] IUBMB Enzyminomenklatur. EC 7.1.1.2, NADH-reduktase (H+-translokerende). Kompleks I: overførsel af elektroner og protoner.

[4] Reactome. R-HSA-71682. Reduktion af GSSG til GSH ved hjælp af NADPH.

[5] IUBMB enzymnomenklatur. EC 1.6.3.1, NAD(P)H-oxidase (H₂O₂-dannende). Reaktionen, der fører til dannelse af hydrogenperoxid.