NAD+ vs NADH vs NADP: Aký je rozdiel?

NAD+ a NADH tvoria jeden redoxný pár a NADP+ a NADPH druhý. V každom páre sa nachádza oxidovaná a redukovaná forma. Dodatočná fosfátová skupina odlišuje systém NADP od systému NAD, zatiaľ čo redoxný stav rozlišuje formy v rámci každého páru. Ide o dve samostatné kritériá: štruktúru molekuly a jej stav oxidácie. Ich oddelenie umožňuje vyhnúť sa zámene NADH za NADPH a fosforylácie za redukciu. Článok vysvetľuje názvoslovie, základné reakcie a spôsob interpretácie meraní. Neporovnáva produkty ani spôsoby použitia látok.

Čo znamenajú tieto štyri skratky?

NAD znamená nikotínamidadeníndinukleotid. Zápis NAD+ označuje oxidovanú formu a NADH redukovanú formu tohto systému.

NADP označuje nikotínamidadeníndinukleotidfosfát. Analogicky, NADP+ je oxidovaná forma a NADPH redukovaná.

Záznam	Redoxný pár	Redoxný stav	Ďalšia fosfátová skupina v porovnaní s NAD
NAD+	NAD+/NADH	Oxidovaný	Nie
NADH	NAD+/NADH	Znížený	Nie
NADP+	NADP+/NADPH	Oxidovaný	Dobre
NADPH	NADP+/NADPH	Znížený	Dobre

NAD+ a NADH sú príbuzné formy koenzýmu, ale nie sú identickými štruktúrami. Ich názvy by sa v rovnici reakcie nemali zamieňať.

Čo znamenajú NAD(H), NADP(H) a NAD(P)H?

Zátvorky umožňujú skrátiť zápis, ale treba venovať pozornosť ich umiestneniu.

Súhrnný zápis	Typický význam
NAD(H)	NAD+ a NADH
NADP(H)	NADP+ a NADPH
NAD(P)H	NADH alebo NADPH, v závislosti od kontextu

Žiadny z týchto zápisov neznamená dodatočnú, piatu molekulu. V názve enzýmovej aktivity môže NAD(P)H označovať možnosť využitia oboch redukovaných koenzýmov. Predbežne však neurčuje rovnakú rýchlosť reakcie s každým z nich. [5]

V opise merania si súhrny záznam vyžaduje vysvetlenie: či metóda rozlišuje formy, alebo poskytuje spoločný signál.

Čo znamená „oxidovaná” a „redukovaná”?

Oxidácia znamená odovzdávanie elektronov a redukcia ich prijímanie. V páre NAD+/NADH sa premena týka nikotínamidovej časti.

Formálny polovičný zápis možno prezentovať nasledovne:

NAD⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADH

Analogický zápis pre druhú páru je:

NADP⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADPH

Rovnice ukazujú bilanciu elektrónov a vodíka. Neznamená to, že voľné elektróny kolujú v roztoku ako typický substrát týchto enzymatických reakcií. V mnohých takýchto premenách dochádza k prenosu ekvivalentu hydridového iónu medzi substrátom a koenzýmom.

Termín „oxidovaná” preto neznamená „poškodená” a „redukovaná” neznamená „zmenšená v množstve”. Sú to termíny, ktoré popisujú chemický vzťah.

Popisuje znamienko „+” celkový náboj molekuly?

Znamienko „+” v bežných názvoch NAD+ a NADP+ súvisí s oxidovanou formou nikotínamidovej časti. Nemalo by sa vnímať ako úplný opis čistého náboja za všetkých podmienok.

Častice obsahujú aj fosfátové skupiny, ktorých protonácia ovplyvňuje celkový náboj. Podrobný iónový zápis preto môže vyzerať inak ako bežná biochemická skratka.

Pri porovnávaní vzorcov alebo hmotností v databázach je potrebné skontrolovať, akú protonačnú formu záznam opisuje. Rozdiel v zápise iónov nemusí nutne znamenat odlišnú základnú kostru zlúčeniny.

Kde sa nachádza dodatočný fosfát NADP?

Ďalšia fosfátová skupina sa nachádza pri polohe 2′ ribózy naviazanej na adenín. Nie je pripojená k miestu, kde prebieha redukcia nikotínamidového kruhu.

Kináza NAD katalizuje reakciu:

NAD+ + ATP → NADP+ + ADP

Ide o fosforyláciu, nie o redukciu. Produktom uvedenej reakcie je NADP+, nie NADPH. Nomenklatúra IUBMB opisuje túto aktivitu pod číslom EC 2.7.1.23. [1]

Písmeno P a písmeno H teda prenášajú rôzne informácie. Prvé označuje fosforylovaný systém, druhé v týchto skratkách redukovanú formu.

Prečo enzymy rozlišujú medzi NAD a NADP?

Ďalší fosfatidylinozitol ovplyvňuje spôsob, akým enzym rozpoznáva koenzým. Vďaka tomu mnohé reakcie prejavujú preferenciu voči jednej z dvojíc.

To však neznamená absolútne pravidlo pre všetky enzýmy. Špecifickosť je potrebné stanoviť pre konkrétnu aktivitu. Niektoré enzýmy môžu využívať viac ako jeden koenzým, ale s rôznou účinnosťou. [2,5]

V opise reakcie sa musí zachovať názov skutočne použitého účastníka. Štruktúrna podobnosť neospravedlňuje nahradenie NADPH za NADH v žiadnej rovnici.

Príklad premeny NADH na NAD+

Laktátdehydrogenáza katalizuje reverzibilnú reakcję medzi pyruvátom a laktátom. Zápis v smere redukcie pyruvátu vyzerá nasledovne:

Pyruvát + NADH + H⁺ ⇌ L-mlečnan + NAD⁺

V tomto smere sa NADH oxiduje a pyruvát redukuje. Príklad ukazuje, že regenerácia NAD+ nie je obmedzená na mitochondriálny dýchací reťazec. [2]

Obojsmerná šípka však v každej situácii neznamená rovnaký prietok v oboch smeroch. Čistý smer závisí od podmienok skúmaného systému.

NADH a mitochondriálny komplex I

Komplex I dýchacieho reťazca prenáša elektróny z NADH na ubichinón. Proces je spojený s prenosom protonov cez membránu. NADH sa pritom mení na NAD+. [3]

Nemalo by sa to opisovať ako priama premena molekuly NADH na ATP. ATP vzniká v samostatnom procese využívajúcom protónový gradient.

Taktiež je potrebné rozlišovať medzi NADH prítomným v mitochondriálnej matriz a NADH v cytozóle. Ten druhý voľne neprechádza cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Transportné systémy, ako napríklad malát-aspartátový člnkový systém, umožňujú prenos redukčných ekvivalentov bez toho, aby samotná molekula NADH prešla priamo cez membránu.

Preto si formulácia „NADH dodáva elektróny do mitochondrií” vyžaduje upresnenie miesta jeho vzniku a spôsobu odovzdania redukčných ekvivalentov.

Príklad reakcie využívajúcej NADPH

Glutatiónreduktáza využíva NADPH na redukciu disulfidu glutatiónu:

GSSG + NADPH + H⁺ → 2 GSH + NADP+

GSSG označuje oxidovanú disulfidovú formu glutatiónu a GSH redukovanú formu. NADPH odovzdáva redukčné ekvivalenty a mení sa na NADP+. [4]

Ide o regeneráciu GSH, a nie o syntézu nových molekúl glutatiónu z aminokwasov. V tejto rovnici je správnym koenzýmom NADPH, nie NAD+.

Slúži NADPH výlučne na antioxidačné reakcie?

Nie. NADPH sa podieľa na rôznych redukčných reakciách a jeho význam závisí od enzýmu a substrátu.

Napríklad aktivita NAD(P)H oxidázy vedúca k vzniku peroxidu vodíka je opísaná rovnicou:

NAD(P)H + H⁺ + O₂ → NAD(P)+ + H₂O₂

Toto je iný kontext než regenerácia glutatiónu. Samotná prítomnosť NADPH preto neurčuje, či daný proces odstraňuje reaktívne formy kyslíka, alebo sa podieľa na ich tvorbe. [5]

Taktiež netreba vykresľovať sústavy NAD a NADP ako úplne izolované. Rozlišovanie ich typických úloh pomáha pri učení, ale nenahrádza opis konkrétnej reakcie.

Čo hovorí pomer NAD+/NADH?

Pomer NAD+/NADH porovnáva množstvá alebo koncentrácie dvoch foriem pri zachovaní rovnakého základu merania. Nie je to isté ako celkový fond NAD(H).

Výpočtový príklad	NAD+	NADH	Suma NAD(H)	NAD+/NADH
A	9 jednotiek	1 jednotka	10 jednotiek	9
B	18 jednotiek	2 jednotky	20 jednotiek	9
C	5 jednotiek	5 jednotiek	10 jednotiek	1

Čísla sú len matematickou ilustráciou, nie referenčnými hodnotami. Príklady A a B majú rovnaký pomer, ale rôzny súčet. Príklady A a C majú rovnaký súčet, ale rôzny pomer.

Samotný nárast NAD+ neumožňuje vypočítať novú hodnotu pomeru, ak nepoznáme súčasnú zmenu NADH.

Prečo vyšší pomer automaticky neznamená „lepšie”?

Interpretácia závisí od typu bunky, bunkového kompartmentu, podmienok a účelu vyšetrenia. Jediná hodnota nie je univerzálnym ukazovateľom mitochondriálnej funkcie ani zdravia organizmu.

Význam má aj to, či sa označila voľná frakcia, frakcia viazaná na bielkoviny alebo pool získaný po extrakcii. Výsledok celej vzorky nemusí opisovať lokálne podmienky v každom bunkovom kompartmente.

Preto by sa v úvodnom článku nemali pomerom pripisovať nálepky „zdravé” a „nezdravé” bez definovaného experimentálneho kontextu.

Redoxná reakcia a syntéza a rozklad

Premena NAD+ na NADH mení redoxný stav. Syntéza alebo rozklad zlúčeniny mení jej zásobu iným spôsobom.

Z tohto dôvodu môže mať zmena koncentrácie viac než jedno vysvetlenie. Samotné jednorazové meranie neurčuje rýchlosť syntézy, spotreby ani prietoku cez reakcie.

V opise výsledkov treba rozlišovať stężenie, pomer foriem a tempo premien. Všetky sa týkajú metabolizmu, ale odpovedajú na odlišné otázky.

Často kladené otázky

Nie, NAD+ a NADH nie sú tá istá zlúčenina.

Sú oxidovanou a redukovanou formou toho istého koenzýmového systému, nie však identickými štruktúrami. Ich vzájomná premena si vyžaduje redoxnú reakciu. Preto ich možno radiť spoločne ako pár, ale v rovnici reakcie alebo výsledku stanovenia je nutné uviesť správnu formu. Súhrnný názov nenahrádza rozlíšenie substrátu a produktu.

Je NADPH redukovaná forma NAD+?

Priama redukovaná forma NAD+ je NADH. NADPH patrí do druhého páru a je redukovanou formou NADP+. Porovnanie NAD+ s NADPH teda zahŕňa dva rozdiely: dodatočný fosfát a redoxný stav. Ich spojenie do jedného zjednodušenia sťažuje správne prečítanie reakcie a funkcie enzýmu.

Nie, fosforylacja NAD+ daje NADP+. NADPH je redukovaná forma NADP+.

V predloženej reakcii NAD kinázy vedie fosforylácia k NADP+. Nejde o redukciu nikotínamidového kruhu. Na opis NADPH treba zohľadniť aj jeho redukovaný stav. Písmená P a H nie sú zmeniteľnými označeniami tej istej modifikácie, ale označujú odlišné štruktúrne vlastnosti.

Je NADH ATP?

NADH a ATP sú samostatné zlúčeniny. NADH sa podieľa na prenose redukčných ekvivalentov, zatiaľ čo ATP vystupuje v reakciách prenosu fosfátových skupín a spájaní energetických procesov. Ich prepojenie v bunkovom dýchaní neznamená priamu premenu celej molekuly NADH na ATP. Opis by mal zachovať oddelenie týchto etáp.

NADH z cytozólu voľne nevchádza do mitochondrie.

Nepreniká voľne cez vnútornú mitochondriálnu membránu. Prenos redukčných ekvivalentov môže prebiehať prostredníctvom kyvadlových systémov využívajúcich iné metabolity. To nie je to isté ako transport tej istej molekuly NADH. Toto rozlíšenie umožňuje správne opísať prepojenie cytozolových premien s mitochondriálnym dýchacím reťazcom.

Znamená NADP(H) to isté ako NAD(P)H?

Nie. NADP(H) zvyčajne zahŕňa obe formy systému NADP, zatiaľ čo NAD(P)H označuje buď NADH alebo NADPH. Umiestnenie zátvorky mení význam skratky. Najmä pri opise laboratórnych metód je potrebné overiť, či ide o spoločný signál, alternatívny substrát alebo skutočne oddelené stanovenie jednotlivých molekúl.

Určuje celkový fond NAD(H) pomer NAD+/NADH?

Nie. Tá istá suma môže zahŕňať rôzne pomery oxidovanej a redukovanej formy. Na výpočet pomeru sú potrebné príslušné údaje o oboch zložkách. Na druhej strane, identický pomer sa môže vyskytovať pri rôznych veľkostiach celkového fondu. Informácie o súčte a pomere by sa nemali používať zamieňať.

Opisuje výsledok jednej vzorky všetky bunky?

Výsledok sa týka materiálu a rozsahu použitej metódy. Nemal by sa automaticky prenášať na iné tkanivá, bunkové kompartmenty ani podmienky. Spoločný signál viacerých koenzýmov taktiež nenahrádza ich samostatné stanovenie. Záver by mal poukazovať na to, čo sa reálne odmeralo, namiesto pripisovania širšieho významu jedinému číslu.

Zrieknutie sa zodpovednosti

Tento článok má výlučne vzdelávací a informačný charakter a nepredstavuje lekársku pomoc. Látky NAD+, NADH, NADP+, NADPH a súvisiace prekurzorové doplnky nie sú schválené FDA ani EMA na liečbu, prevenciu alebo vyliečenie akéhokoľvek ochorenia. Článok má vzdelávací charakter a týka sa názvoslovia, štruktúry a základov redoxných reakcií. Uvedené reakcie nepotvrdzujú bezpečnosť, účinnosť ani kvalitu konkrétneho produktu.

Odkazy

[1] Nomenklatúra enzýmov IUBMB. EC 2.7.1.23, NAD+ kináza. Fosforylácia NAD+ na NADP+.

[2] Nomenklatúra enzYmov IUBMB. EC 1.1.1.27, L-laktátdehydrogenáza. Laktát-pyruvátová reakcia za účasti NAD+/NADH.

[3] Nomenklatúra enzYmov IUBMB. EC 7.1.1.2, NADH reduktáza (translokujúca H+). Komplex I: prenos elektronov a protónov.

[4] Reactome. R-HSA-71682. Redukcia GSSG na GSH za účasti NADPH.

[5] Nomenklatúra enzýmov IUBMB. EC 1.6.3.1, NAD(P)H oxidáza (tvoriaca H₂O₂). Reakcia vedúca k vzniku peroxidu vodíka.