NAD+ vs NADH vs NADP: Wat Is Het Verschil?

NAD+ en NADH vormen één redoxkoppel, en NADP+ en NADPH het andere. In elk koppel komt een geoxideerde en een gereduceerde vorm voor. Een extra fosfaatgroep onderscheidt het NADP-systeem van het NAD-systeem, terwijl de redoxstatus de vormen binnen elk koppel onderscheidt. Dit zijn twee afzonderlijke criteria: de moleculaire structuur en de oxidatietoestand. Door deze te scheiden wordt voorkomen dat NADH met NADPH en fosforylering met reductie worden verward. Het artikel verklaart de nomenclatuur, de basisreacties en de wijze waarop metingen moeten worden geïnterpreteerd. Het vergelijkt geen producten of toepassingswijzen van de stoffen.

Wat betekenen de vier afkortingen?

NAD staat voor nicotinamide-adeninedinucleotide. De notatie NAD+ duidt de geoxideerde vorm aan en NADH de gereduceerde vorm van dit systeem.

NADP staat voor nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat. Analoog hierbij is NADP+ de geoxideerde vorm en NADPH de gereduceerde vorm.

Opname	Redoxreactie	Redoxstand	Een extra fosfaatgroep ten opzichte van NAD
NAD+	NAD+/NADH	Geoxideerd	Niet
NADH	NAD+/NADH	Verminderd	Niet
NADP+	NADP+/NADPH	Geoxideerd	Tak
NADPH	NADP+/NADPH	Verminderd	Tak

NAD+ en NADH zijn verwante vormen van het co-enzym, maar het zijn geen identieke structuren. Hun namen mogen niet worden verwisseld in de reactievergelijking.

Wat betekenen NAD(H), NADP(H) en NAD(P)H?

Haakjes maken het mogelijk de notatie in te korten, maar men moet wel letten op hun positie.

Verzamelboeking	Typische betekenis
NAD(H)	NAD+ en NADH
NADP(H)	NADP+ en NADPH
NAD(P)H	NADH of NADPH, afhankelijk van de context

Geen van deze notaties duidt op een extra, vijfde molecuul. In de naam van de enzymactiviteit kan NAD(P)H wijzen op de mogelijkheid om beide gereduceerde co-enzymen te gebruiken. Dit is echter geen uitsluitsel over een gelijke reactiesnelheid met elk ervan. [5]

In de meetbeschrijving behoeft de verzamelmeting uitleg: onderscheidt de methode de vormen, of levert zij een gezamenlijk signaal.

Wat betekent „geoxideerd” en „gereduceerd”?

Oxidatie betekent het afstaan van elektronen en reductie het opnemen ervan. In het NAD+/NADH-paar betreft de omzetting het nicotinamidegedeelte.

De formele halveringsnotatie kan als volgt worden weergegeven:

NAD⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADH

De analoge notatie voor het tweede paar is:

NADP+ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADPH

De vergelijkingen tonen de balans van elektronen en waterstof. Ze betekenen niet dat vrije elektronen als typisch substraat van deze enzymatische reacties in de oplossing rondzwerven. Bij veel van dergelijke omzettingen vindt er een overdracht plaats van een hydride-ion-equivalent tussen het substraat en het co-enzym.

De term „geoxideerd” betekent daarom niet „beschadigd”, en „gereduceerd” betekent niet „in hoeveelheid verminderd”. Dit zijn termen die een chemische relatie beschrijven.

Beschrijft het teken „+” de totale lading van het molecuul?

Het plusteken „+” in de gebruikelijke namen NAD+ en NADP+ hangt samen met de geoxideerde vorm van het nicotinamidegedeelte. Het moet niet worden beschouwd als een volledige beschrijving van de netto-lading onder alle omstandigheden.

De moleculen bevatten ook fosfaatgroepen waarvan de protonering de totale lading beïnvloedt. Daarom kan de gedetailleerde ionische notatie er anders uitzien dan het gebruikelijke biochemische abrivelement.

Bij het vergelijken van formules of massa's in databases moet worden gecontroleerd welke protonatietoestand het record beschrijft. Het verschil in de notatie van ionen hoeft niet te betekenen dat het basisskelet van de verbinding anders is.

Waar bevindt zich de extra NADP-fosfaat?

Een extra fosfaatgroep bevindt zich bij de 2'-positie van de ribose die gebonden is aan adenine. Deze is niet gehecht aan de plaats waar de reductie van de nicotinamidering plaatsvindt.

NAD-kinase katalyseert de reactie:

NAD+ + ATP → NADP+ + ADP

Dit is een fosforylering en geen reductie. Het product van de getoonde reactie is NADP+, geen NADPH. De IUBMB-nomenclatuur beschrijft deze activiteit onder EC-nummer 2.7.1.23. [1]

De letter P en de letter H dragen dus verschillende informatie over. De eerste duidt op een gefosforyleerd systeem, de tweede in deze afkortingen op de gereduceerde vorm.

Waarom onderscheiden enzymen NAD en NADP?

De extra fosfaatgroep beïnvloedt de manier waarop het co-enzym door het enzym wordt herkend. Hierdoor vertonen veel reacties een voorkeur voor één van de paren.

Dit betekent echter geen absolute regel voor alle enzymen. De specificiteit moet worden vastgesteld voor een specifieke activiteit. Sommige enzymen kunnen meer dan één co-enzym gebruiken, maar met een verschillende efficiëntie. [2,5]

In de beschrijving van de reactie moet de naam van de daadwerkelijk gebruikte deelnemer worden behouden. Structurele gelijkenis rechtvaardigt niet de vervanging van NADPH door NADH in enige vergelijking.

Voorbeeld van de omzetting van NADH naar NAD+

Lactaatdehydrogenase katalyseert de omkeerbare reactie tussen pyruvaat en lactaat. De notatie in de richting van de reductie van pyruvaat ziet er als volgt uit:

Pyruvaat + NADH + H⁺ ⇌ L-mallaat + NAD⁺

In deze richting wordt NADH geoxideerd en pyruvaat gereduceerd. Het voorbeeld laat zien dat de regeneratie van NAD+ niet beperkt is tot de mitochondriale ademhalingsketen. [2]

Een dubbele pijl betekent echter in lang niet elke situatie een gelijke stroming in beide richtingen. De nettorichting hangt af van de omstandigheden van het onderzochte systeem.

NADH en mitochondriaal complex I

Complex I van de ademhalingsketen draagt elektronen over van NADH naar ubiquinon. Het proces is gekoppeld aan de verplaatsing van protonen door het membraan. NADH wordt daarbij omgezet in NAD+. [3]

Dit moet niet worden beschreven als de directe omzetting van een NADH-molecuul in ATP. ATP wordt gevormd in een afzonderlijk proces dat gebruikmaakt van een protonengradiënt.

Men moet ook onderscheid maken tussen NADH dat aanwezig is in de mitochondriale matrix en NADH in het cytosol. Dit laatste diffundeert niet vrij door het innerlijke mitochondriale membraan. Shuttle-systemen, zoals het malaat-aspartaat-shuttle, maken de overdracht van reductie-equivalenten mogelijk zonder dat simpelweg hetzelfde NADH-molecuul door het membraan wordt getransporteerd.

De formulering „NADH levert elektronen aan de mitochondriën” vereist daarom een verduidelijking van de plaats van ontstaan en de manier waarop de reductie-equivalenten worden overgedragen.

Voorbeeld van een reactie waarbij NADPH wordt gebruikt

Glutationreductase gebruikt NADPH voor de reductie van glutathiondisulfide:

GSSG + NADPH + H⁺ → 2 GSH + NADP+

GSSG staat voor de geoxideerde disulfidevorm van glutathion en GSH voor de gereduceerde vorm. NADPH staat reductie-equivalenten af en wordt omgezet in NADP+. [4]

Dit is de regeneratie van GSH, en niet de synthese van nieuwe glutathionmoleculen uit aminozuren. In deze vergelijking is het juiste co-enzym NADPH, niet NAD+.

Dient NADPH uitsluitend voor antioxiderende reacties?

Nee. NADPH is betrokken bij verschillende reductiereacties en het belang ervan hangt af van het enzym en het substraat.

Bijvoorbeeld, de activiteit van NAD(P)H-oxidase die leidt tot de vorming van waterstofperoxide wordt beschreven door de vergelijking:

NAD(P)H + H⁺ + O₂ → NAD(P)+ + H₂O₂

Dit is een andere context dan de regeneratie van glutathion. De aanwezigheid van NADPH op zich bepaalt dus niet of een bepaald proces reactieve zuurstofvormen verwijdert of bijdraagt aan de productie ervan. [5]

De NAD- en NADP-systemen moeten ook niet als volledig geïsoleerd worden voorgesteld. Het onderscheid tussen hun typode rollen helpt bij het leren, maar vervangt niet de beschrijving van een concrete reactie.

Wat zegt de NAD+/NADH-verhouding?

De NAD+/NADH-verhouding vergelijkt de hoeveelheden of concentraties van twee vormen, met behoud van dezelfde meetbasis. Het is niet hetzelfde als de totale NAD(H)-pool.

Rekenvoorbeeld	NAD+	NADH	Suma NAD(H)	NAD+/NADH
A	9 eenheden	1 eenheid	10 eenheden	9
B	18 eenheden	2 eenheden	20 eenheden	9
C	5 eenheden	5 eenheden	10 eenheden	1

Getallen zijn uitsluitend een wiskundige illustratie, geen referentiewaarden. Voorbeelden A en B hebben dezelfde verhouding, maar een verschillende som. Voorbeelden A en C hebben dezelfde som, maar een verschillende verhouding.

Een stijging van alleen NAD+ maakt het niet mogelijk om de nieuwe waarde van de verhouding te berekenen als we de gelijktijdige verandering van NADH niet kennen.

Waarom betekent een hogere verhouding niet automatisch „beter”?

De interpretatie hangt af van het celtype, het celcompartiment, de omstandigheden en het doel van het onderzoek. Eén enkele waarde is geen universele indicator voor de mitochondriale werking of de gezondheid van het organisme.

Het is ook van belang of de vrije fractie, de aan eiwitten gebonden fractie of de na extractie verkregen pool is gemeten. Het resultaat van het hele monster hoeft geen beschrijving te geven van de lokale omstandigheden in elk celcompartiment.

Daarom moeten aan verhoudingen in het inleidende artikel geen labels als „gezond” en „ongezond” worden toegekend zonder een gedefinieerde experimentele context.

Redoxreactie en synthese en afbraak

De overgang van NAD+ naar NADH verandert de redoxstatus. De synthese of afbraak van de verbinding verandert de pool ervan op een andere manier.

Om deze reden kan een verandering in concentratie meer dan één verklaring hebben. Een enkele meting op zich bepaalt niet de snelheid van synthese, verbruik of stroming door reacties.

In de beschrijving van de resultaten moet onderscheid worden gemaakt tussen de concentratie, de verhouding van de vormen en de omzettingssnelheid. Ze hebben allemaal betrekking op het metabolisme, maar beantwoorden verschillende vragen.

Veelgestelde vragen

Zijn NAD+ en NADH dezelfde verbinding?

Ze zijn een geoxideerde en gereduceerde vorm van hetzelfde coenzymsysteem, maar geen identieke structuren. Hun onderlinge omzetting vereist een redoxreactie. Daarom kunnen ze samen als een paar worden besproken, maar in een reactievergelijking of het meetresultaat moet de juiste vorm worden aangegeven. De verzamelnaam vervangt niet het onderscheid tussen substraat en product.

Is NADPH de gereduceerde vorm van NAD+?

De direct gereduceerde vorm van NAD+ is NADH. NADPH behoort tot het tweede paar en is de gereduceerde vorm van NADP+. Een vergelijking van NAD+ met NADPH omvat daarom twee verschillen: een extra fosfaatgroep en de redoxstatus. Het combineren hiervan tot één vereenvoudiging maakt het moeilijk om de reactie en de functie van het enzym correct te interpreteren.

Leidt fosforylering van NAD+ tot NADPH?

In de weergegeven reactie van het NAD-kinase leidt fosforylatië tot NADP+. Dit is geen reductie van de nicotinamidering. Om NADPH te beschrijven, moet ook de gereduceerde toestand ervan in aanmerking worden genomen. De letters P en H zijn geen uitwisselbare aanduidingen voor dezelfde modificatie, maar duiden op afzonderlijke structurele kenmerken.

Is NADH ATP?

NADH en ATP zijn afzonderlijke verbindingen. NADH is betrokken bij het overdragen van reductie-equivalenten, terwijl ATP voorkomt in reacties waarbij fosfaatgroepen worden overgedragen en energetische processen worden gekoppeld. Hun verband in de cellulaire ademhaling betekent niet dat het hele NADH-molecuul direct in ATP wordt omgezet. De beschrijving moet de scheiding van deze fasen behouden.

Komt NADH uit het cytosol vrij het mitochondrium binnen?

Het passeert niet vrijelijk door het binnenste mitochondriale membraan. De overdracht van reductiequivalenten kan plaatsvinden via shuttle-systemen die andere metabolieten gebruiken. Dit is niet hetzelfde als het transport van exact hetzelfde NADH-molecuul. Dit onderscheid maakt het mogelijk om de koppeling tussen cytosolische omzettingen en de mitochondriale ademhalingsketen correct te beschrijven.

Betekent NADP(H) hetzelfde als NAD(P)H?

Nee. NADP(H) omvat meestal beide vormen van het NADP-systeem, terwijl NAD(P)H staat voor NADH of NADPH. De plaats van het haakje verandert de betekenis van de afkorting. Vooral bij de beschrijving van laboratoriummethoden moet worden gecontroleerd of het gaat om een gezamenlijk signaal, een alternatief substraat of daadwerkelijk gescheiden bepalingen van de afzonderlijke moleculen.

Bepaalt de totale NAD(H)-pool de NAD+/NADH-verhouding?

Nee. Dezelfde som kan verschillende verhoudingen van de geoxideerde en gereduceerde vorm omvatten. Om de verhouding te berekenen zijn passende gegevens over beide componenten nodig. Daarentegen kan een identieke verhouding voorkomen bij verschillende groottes van de totale pool. Informatie over de som en de verhouding mag niet door elkaar worden gebruikt.

Beschrijft het resultaat van één monster alle cellen?

Het resultaat heeft betrekking op het materiaal en het bereik van de toegepaste methode. Het moet niet automatisch worden overgedragen op andere weeën, cellulaire compartimenten of omstandigheden. Ook vervangt een gezamenlijk signaal van verschillende co-enzymen niet de afzonderlijke bepalingen daarvan. De conclusie moet aangeven wat er daadwerkelijk is gemeten, in plaats van een breder betekenis toe te kennen aan een enkel getal.

Disclaimer

Dit artikel is uitsluitend bedoeld voor educatieve en informatieve doeleinden en vormt geen medisch advies. NAD+, NADH, NADP+, NADPH en verwante precursorsupplementen zijn niet goedgekeurd door de FDA of de EMA voor de behandeling, preventie of genezing van welke ziekte dan ook. Het artikel is educatief van aard en heeft betrekking op de nomenclatuur, structuur en basis van redoxreacties. De gepresenteerde reacties bevestigen niet de veiligheid, werkzaamheid of kwaliteit van een specifiek product.

Referenties

[1] IUBMB-enzymnomenclatuur. EC 2.7.1.23, NAD+-kinase. Fosforylering van NAD+ tot NADP+.

[2] IUBMB Enzymenomenclatuur. EC 1.1.1.27, L-lactaatdehydrogenase. Lactaat-pyruvaatreactie met NAD+/NADH.

[3] IUBMB Enzymenomenclatuur. EC 7.1.1.2, NADH-reductase (H+-translocerend). Complex I: overdracht van elektronen en protonen.

[4] Reactome. R-HSA-71682. Reductie van GSSG tot GSH met NADPH.

[5] IUBMB Enzymenomenclatuur. EC 1.6.3.1, NAD(P)H-oxidase (H₂O₂-vormend). Reactie die leidt tot de vorming van waterstofperoxide.