NAD+ vs NADH vs NADP: Kāda ir atšķirība?

NAD+ un NADH veido vienu redokspāri, bet NADP+ un NADPH – otru. Katrā pārī ir oksidētā un reducētā forma. Papildu fosfātu grupa atšķir NADP sistēmu no NAD sistēmas, savukārt redoksstāvoklis atšķir formas katra pāra ietvaros. Tie ir divi dažādi kritēriji: molekulas uzbūve un tās oksidēšanās pakāpe. To nodalīšana ļauj izvairīties no NADH sajaukšanas ar NADPH un fosforilēšanas ar reducēšanu. Rakstā ir paskaidrota nomenklatūra, pamatreakcijas un mērījumu interpretācijas veids. Tajā nav salīdzināti produkti vai vielu lietošanas veidi.

Ko nozīmē četri saīsinājumi?

NAD apzīmē nikotīnamīdadenīndinukleotīdu. Apzīmējums NAD+ norāda uz šīs sistēmas oksidēto formu, bet NADH – uz reducēto formu.

NADP apzīmē nikotīnamīdadēnīnleukleotīda fosfātu. Līdzīgi NADP+ ir oksidētā forma, bet NADPH – reducētā.

Ieraksts	Par redoksu	Redokstāvoklis	Papildu fosfāta grupa attiecībā pret NAD
NAD+	NAD+/NADH	Ar skābekli reaģējis	Nav
NADH	NAD+/NADH	Samazināts	Nav
NADP+	NADP+/NADPH	Ar skābekli reaģējis	Jā
NADPH	NADP+/NADPH	Samazināts	Jā

NAD+ un NADH ir saistītas koenzīma formas, bet tās nav identiskas struktūras. To nosaukumus reakcijas vienādumā nedrīkst sajaukt.

Ko nozīmē NAD(H), NADP(H) un NAD(P)H?

Iekavas ļauj saīsināt pierakstu, taču jāpievērš uzmanība to novietojumam.

Kopsavilkuma ieraksts	Tipiskā nozīme
NAD(H)	NAD+ un NADH
NADP(H)	NADP+ un NADPH
NAD(P)H	NADH vai NADPH, atkarībā no konteksta

Neviens no šiem ierakstiem nenorāda uz papildu piekto molekulu. Fermentatīvās aktivitātes nosaukumā NAD(P)H var norādīt uz iespēju izmantot abus reducētos koenzīmus. Tomēr tas nenorāda uz vienādu reakcijas ātrumu ar katru no tiem. [5]

Mērījuma aprakstā kopsummas ierakstam ir nepieciešams skaidrojums: vai metode atšķir formas, vai sniedz kopēju signālu.

Ko nozīmē „oksidēts” un „reducēts”?

oksidēšana nozīmē elektronu atdošanu, bet reducēšanās – to uzņemšanu. Pārī NAD+/NADH pārvērtība attiecas uz nikotīnamīda daļu.

Formālo pusgadu ierakstu var attēlot šādi:

NAD⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADH

Analoģisks ieraksts otrajam pārim ir:

NADP+ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADPH

Vienādojumi parāda elektronu un ūdeņraža bilanci. Tie nenozīmē, ka brīvi elektroni cirkulē šķīdumā kā tipisks šo fermentatīvo reakciju substrāts. Daudzās šādās pārvērtībās notiek hidrīda jona ekvivalenta pārnese starp substrātu un koenzīmu.

Tātad termins „oksidēts” nenozīmē „bojāts”, bet „savienojums” nenozīmē „samazināts daudzumā”. Tie ir termini, kas raksturo ķīmisku attiecību.

Vai zīme „+” raksturo visu molekulas lādiņu?

Zīme „+” parastajos nosaukumos NAD+ un NADP+ ir saistīta ar nikotīnamīda daļas oksidēto formu. To nevajadzētu uzskatīt par pilnīgu neto lādiņa aprakstu visos apstākļos.

Daļiņas satur arī fosfātu grupas, kuru protonēšana ietekmē kopējo lādiņu. Tāpēc detalizēts jonu pieraksts var izskatīties citādi nekā parastais bioķīmiskais saīsinājums.

Salīdzinot formulas vai masas datubāzēs, ir jāpārbauda, kādu protonācijas formu apraksta ieraksts. Jonu pieraksta atšķirība nenozīmē citādu savienojuma pamatskaku.

Kur atrodas papildu NADP fosfāts?

Papildu fosfātu grupa atrodas pie adenīnam piesaistītās ribozes 2′ pozīcijas. Tā nav pievienota vietai, kur notiek nikotīnamīda gredzena reducēšanās.

NAD kināze katalizē reakciju:

NAD+ + ATP → NADP+ + ADP

Tā ir fosforilēšana, nevis reducēšana. Parādītās reakcijas produkts ir NADP+, nevis NADPH. IUBMB nomenklatūra šo aktivitāti apraksta ar numuru EC 2.7.1.23. [1]

Liters P un liters H tātad nodod dažādu informāciju. Pirmais norāda uz fosforilētu sistēmu, otrais šajos saīsinājumos – uz reducēto formu.

Kāpēc enzīmi atšķir NAD un NADP?

Papildu fosfāts ietekmē to, kā ferments atpazīst koenzīmu. Tā rezultātā daudzām reakcijām ir priekšroka pret vienu no pāriem.

Tomēr tas nenozīmē absolūtu likumu visiem enzīmiem. Specifika ir jānosaka konkrētai aktivitātei. Daži enzīmi var izmantot vairāk nekā vienu koenzīmu, bet ar dažādu efektivitāti. [2,5]

Reakcijas aprakstā jāsaglabā faktiskā izmantotā reaģenta nosaukums. Strukturālā līdzība neattaisno NADPH aizstāšanu ar NADH nevienā vienādojumā.

NADH pārvēršanās par NAD+ piemērs

Laktātdehidrogenāze katalizē atgriezenisku reakciju starp piruvātu un laktātu. Pieraksts piruvāta reducēšanas virzienā izskatās šādi:

Piruvāts + NADH + H⁺ ⇌ L-laktāts + NAD⁺

Šajā virzienā NADH tiek oksidēts un piruvāts tiek reducēts. Šis piemērs parāda, ka NAD+ reģenerācija neaprobežojas tikai ar mitohondriālo elpošanas ķēdi. [2]

Tomēr divvirzienu bultiņa ne vienmēr nozīmē vienādu plūsmu abos virzienos. Tīrais virziens ir atkarīgs no pētāmās sistēmas apstākļiem.

NADH un mitohondriālais I komplekss

Elkožu ķēdes I komplekss pārnes elektronus no NADH uz ubihinonu. Šis process ir saistīts ar protonu pārvietošanu caur membrānu. NADH, oksidējoties, pārvēršas par NAD+. [3]

To nevajadzētu aprakstīt kā tiešu NADH molekulas pārveidi par ATP. ATP rodas atsevišķā procesā, kurā tiek izmantots protonu gradients.

Ir jānošķir arī mitohondriālajā matricā esošais NADH no NADH citozolā. Pēdējais brīvi nešķērso mitohondrija iekšējo membrānu. Transporta sistēmas, piemēram, ābolskābes-aspartāta un transporta mehānismi, nodrošina reducējošo ekvivalentu pārvnesi bez tiešas tās pašas NADH molekulas pārvietošanās caur membrānu.

Tāpēc formulējums „NADH piegādā elektronus mitohondrijiem” prasa precizēt tā rašanās vietu un reducējošo ekvivalentu nodošanas veidu.

NADPH izmantojošās reakcijas piemērs

Glutationa reduktāze izmanto NADPH glutationa disulfīda reducēšanai:

GSSG + NADPH + H⁺ → 2 GSH + NADP+

GSSG nozīmē oksidēto glutationa disulfīda formu, bet GSH — reducēto formu. NADPH atdod reducējošos ekvivalentus un pārvēršas par NADP+. [4]

T tā ir GSH reģenerācija, nevis jaunu glutationa molekulu sintēze no aminoskābēm. Šajā vienādojumā īstais koenzīms ir NADPH, nevis NAD+.

Vai NADPH kalpo tikai antioksidatīvām reakcijām?

Nē. NADPH piedalās dažādās reducēšanas reakcijās, un tā nozīme ir atkarīga no enzīma un substrāta.

Piemēram, NAD(P)H oksidāzes aktivitāte, kas noved pie ūdeņraža peroksīda veidošanās, ir aprakstīta ar vienādojumu:

NAD(P)H + H⁺ + O₂ → NAD(P)+ + H₂O₂

Tas ir atšķirīgs konteksts nekā glutationa reģenerācija. Tādējādi pati NADPH klātbūtne nenosaka, vai konkrētais process likvidē reaktīvās skābekļa formas vai piedalās to veidošanā. [5]

Arī NAD un NADP sistēmas nevajadzētu attēlot kā pilnīgi izolētas. To tipisko lomu nošķiršana palīdz mācīties, bet tā neaizstāj konkrētas reakcijas aprakstu.

Ko liecina NAD+/NADH attiecība?

NAD+/NADH attiecība salīdzina divu formu daudzumus vai koncentrācijas, saglabājot to pašu mērījuma bāzi. Tā nav sama par sevi kopējais NAD(H) baseins.

Aprēķina piemērs	NAD+	NADH	NAD(H) summa	NAD+/NADH
A	9 vienības	1 vienība	10 vienību	9
B	18 vienības	2 vienības	20 vienību	9
C	5 vienības	5 vienības	10 vienību	1

Skaitļi ir tikai matemātiska ilustrācija, nevis references vērtības. A un B piemēram ir tāds pats attiecību koeficients, bet atšķirīga summa. A un C piemēram ir tāda pati summa, bet atšķirīgs attiecību koeficients.

Pats par sevi NAD+ pieaugums neļauj aprēķināt jauno attiecības vērtību, ja mēs nezinām vienlaicīgu NADH izmaiņu.

Kāpēc augstāka attiecība automātiski nenozīmē „labāk”?

Interpretācija ir atkarīga no šūnas veida, šūnas nodalījuma, apstākļiem un pētījuma mērķa. Viena vērtība nav universāls mitohondriju darbspējas vai organismu veselības rādītājs.

Nozīme ir arī tam, vai ir iezīmēta brīvā frakcija, ar olbaltumvielām saistītā frakcija vai pēc ekstrakcijas iegūtais baseins. Visas parauga rezultātam nav obligāti jāraksturo vietējie apstākļi katrā šūnas nodalījumā.

Tāpēc ievadrakstā proporcijām nevajadzētu piešķirt apzīmējumus „veselīgas” un „neveselīgas” bez definēta eksperimentālā konteksta.

Redoksa reakcija un sintēze un sadalīšanās

NAD+ pāreja par NADH izmaina redoks stāvokli. Savienojuma sintēze vai sadalīšanās maina tā baseinu citādā veidā.

Šī iemesla dēļ koncentrācijas izmaiņai var būt vairāk nekā viens skaidrojums. Pats par sevi viens mērījums nenosaka sintēzes ātrumu, patēriņu vai plūsmu caur reakcijām.

Rezultātu aprakstā ir jāatšķir koncentrācija, formu proporcija un vielmaiņas ātrums. Visas šīs lietas attiecas uz metabolismu, bet atbild uz dažādiem jautājumiem.

Biežāk uzdotie jautājumi

Vai NAD+ un NADH ir tas pats savienojums?

Tās ir viena un tās pašas koenzīmu sistēmas oksidētā un reducētā forma, taču tās nav identiskas struktūras. To savstarpējai pārvērtībai ir nepieciešama redoksreakcija. Tāpēc tās var aplūkot kopā kā pāri, taču reakcijas vienādojumā vai noteikšanas rezultātā ir jānorāda attiecīgā forma. Apvienotais nosaukums neaizstāj substrāta un produkta nošķiršanu.

Vai NADPH ir reducētā NAD+ forma?

Tiešā reducētā NAD+ forma ir NADH. NADPH pieder pie otrā pāra un ir NADP+ reducētā forma. Līdz ar to NAD+ un NADPH salīdzinājums ietver divas atšķirības: papildu fosfātu un redoksstāvokli. To apvienošana vienā vienkāršojumā apgrūtina pareizu reakcijas un enzīma funkcijas nolasīšanu.

Vai NAD+ fosforilēšanās dod NADPH?

Uzrādītajā NAD kināzes reakcijā fosforilēšana ved pie NADP+. Tā nav nikotīnamīda gredzenam reducēšana. Lai aprakstītu NADPH, jāņem vērā arī tā reducētais stāvoklis. Burtu P un H nav savstarpēji aizvietojami tās pašas modifikācijas apzīmējumi, bet gan norāda uz atšķirīgām struktūras iezīmēm.

Vai NADH ir ATP?

NADH un ATP ir atsevišķi savienojumi. NADH piedalās reducējošo ekvivalentu pārnešanā, turpretim ATP ir sastopams fosfātu grupu pārnešanas un enerģētisko procesu sajūgšanas reakcijās. To saistība šūnu elpošanā nenozīmē tiešu visas NADH molekulas pārvēršanu par ATP. Aprakstam ir jāsaglabā šo posmu nošķirtība.

Vai NADH no citozola brīvi ieiet mitohondrijā?

Tas brīvi neiziet cauri mitohondrija iekšējai membrānai. Reducējošo ekvivalentu pārvade var notikt caur transportmehānismiem, kas izmanto citus metabolītus. Tas nav pielīdzināms tās pašas NADH molekulas transportam. Šī atšķirība ļauj pareizi raksturot citosola vielmaiņas procesu saistību ar mitohondriālo elpošanas ķēdi.

Vai NADP(H) nozīmē to pašu, kas NAD(P)H?

Nē. NADP(H) parasti ietver abas NADP sistēmas formas, savukārt NAD(P)H apzīmē NADH vai NADPH. Iekavu novietojums maina abreviatūras nozīmi. Īpaši laboratorijas metožu aprakstā ir jāpārbauda, vai runa ir par kopēju signālu, alternatīvu substrātu vai tiešām atsevišķi noteiktām katras molekulas pazīmēm.

Vai kopējais NAD(H) baseins nosaka NAD+/NADH attiecību?

Nē. Tā pati summa var ietvert dažādas oksidētās un reducētās formas proporcijas. Attiecības aprēķināšanai ir nepieciešami atbilstoši dati par abiem komponentiem. Savukārt identiska attiecība var pastāvēt pie dažādiem kopējā baseina lielumiem. Informāciju par summu un proporciju nevienā gadījumā nevajadzētu lietot savstarpēji aizvietojami.

Vai vienas parauga rezultāts raksturo visas šūnas?

Rezultāts attiecas uz materiālu un izmantotās metodes diapazonu. To nevajadzētu automātiski attiecināt uz citiem audiem, šūnu nodalījumiem vai apstākļiem. Tāpat vairāku koenzīmu kopējais signāls neaizstāj to atsevišķus noteikšanas rādītājus. Secinājumam ir jānorāda, kas reāli tika izmērīts, nevis vienam skaitlim jāpiešķir plašāka nozīme.

Atruna

Šis raksts ir paredzēts tikai izglītojošiem un informatīviem nolūkiem, un tas nav uzskatāms par medicīnisku padomu. FDA vai EMA nav apstiprinājusi NAD+, NADH, NADP+, NADPH un saistītos prekursora uztura bagātinātājus nevienas slimības ārstēšanai, profilaksei vai izārstēšanai. Raksts ir izglītojoša rakstura un attiecas uz nomenklatūru, struktūru un redoksreakciju pamatiem. Piedāvātās reakcijas neapstiprina konkrēta produkta drošumu, efektivitāti vai kvalitāti.

Atsauces

[1] IUBMB fermentu nomenklatūra. EC 2.7.1.23, NAD+ kināze. NAD+ fosforilēšana par NADP+.

[2] IUBMB fermentu nomenklatūra. EC 1.1.1.27, L-laktātdehidrogenāze. Mekartāta-piruvāta reakcija, kurā piedalās NAD+/NADH.

[3] IUBMB fermentu nomenklatūra. EC 7.1.1.2, NADH reduktāze (H+-translokējošā). I komplekss: elektronu un protonu pārnese.

[4] Reactome. R-HSA-71682. GSSG reducēšana par GSH, piedaloties NADPH.

[5] IUBMB fermentu nomenklatūra. EC 1.6.3.1, NAD(P)H oksidāze (H₂O₂ veidojošā). Reakcija, kuras rezultātā veidojas ūdeņraža pārskābe.