NAD+ vs NADH vs NADP: Vad är skillnaden?

NAD+ och NADH utgör ett redoxpar, och NADP+ och NADPH ett annat. I varje par ingår en oxiderad och en reducerad form. En extra fosfatgrupp skiljer NADP-systemet från NAD-systemet, medan redox-tillståndet skiljer formerna åt inom varje par. Detta är två skilda kriterier: molekylstrukturen och dess oxidationstillstånd. Att hålla dem åtskilda gör det möjligt att undvika förväxling mellan NADH och NADPH samt mellan fosforylering och reduktion. Artikeln förklarar nomenklaturen, de grundläggande reaktionerna och hur man tolkar mätningar. Den jämför varken produkter eller användningssätt för substanserna.

Vad betyder de fyra förkortningarna?

NAD står för nikotinamidadenindinukleotid. Beteckningen NAD+ angav den oxiderade formen och NADH den reducerade formen av detta system.

NADP står för nikotinamidadenindinukleotidfosfat. På samma sätt är NADP+ den oxiderade formen och NADPH den reducerade.

Post	Redoxpar	Redoxtillstånd	Extra fosfatgrupp jämfört med NAD
NAD+	NAD+/NADH	Oxiderad	Inte
NADH	NAD+/NADH	Reducerad	Inte
NADP+	NADP+/NADPH	Oxiderad	Tack
NADPH	NADP+/NADPH	Reducerad	Tack

NAD+ och NADH är relaterade former av ett koenzym, men de är inte identiska strukturer. Deras namn bör inte bytas ut mot varandra i en reaktionsformel.

Vad betyder NAD(H), NADP(H) och NAD(P)H?

Parenteser gör det möjligt att förkorta skrivsättet, men man måste vara uppmärksam på var de placeras.

Samlingspost	Typisk betydelse
NAD(H)	NAD+ och NADH
NADP(H)	NADP+ och NADPH
NAD(P)H	NADH eller NADPH, beroende på kontext

Ingen av dessa beteckningar innebär en extra, femte molekyl. I namnet på en enzymatisk aktivitet kan NAD(P)H indikera möjligheten att utnyttja båda de reducerade koenzymerna. Det avgör dock inte en lika stor reaktionshastighet med var och en av dem. [5]

I mätbeskrivningen kräver samlingsregistreringen en förklaring: om metoden skiljer mellan formen eller ger en gemensam signal.

Vad betyder „oxiderad” och „reducerad”?

Oxidation innebär avgivning av elektroner och reduktion deras upptag. I NAD+/NADH-paret sker omvandlingen i nikotynamiddelen.

Formell halvtidsskrivning kan presenteras på följande sätt:

NAD⁺ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADH

Motsvarande skrivning för det andra paret är:

NADP+ + H⁺ + 2 e⁻ ⇌ NADPH

Ekvationerna visar balansen för elektroner och väte. De betyder inte att fria elektroner cirkulerar i lösningen som ett typiskt substrat för dessa enzymatiska reaktioner. I många sådana omvandlingar sker en överföring av en hydridjonekvivalent mellan substratet och koenzymet.

Termen „oxiderad” betyder därför inte „skadad”, och „reducerad” betyder inte „minskad i kvantitet”. Detta är termer som beskriver ett kemiskt förhållande.

Beskriver plustecknet „+” hela molekylens laddning?

Tecknet „+” i de gängliga namnen NAD+ och NADP+ är kopplat till den oxiderade formen av nikotynamiddelen. Det bör inte ses som en fullständig beskrivning av nettoladdningen under alla förhållanden.

Molekylerna innehåller även fosfatgrupper, vars protonering påverkar den totala laddningen. Därför kan den detaljerade jonformeln se annorlunda ut än den vanliga biokemiska förkortningen.

När man jämför formler eller massor i databaser måste man kontrollera vilken protoneringsform som posten beskriver. Skillnaden i hur joner skrivs behöver inte innebära ett annat grundläggande skelett för föreningen.

Var finns den extra NADP-fosfatgruppen?

En extra fosfatgrupp finns vid 2'-positionen på ribosen bunden till adenin. Den är inte fäst vid den position där reduktionen av nikotinamidringen sker.

NAD-kinasen katalyserar reaktionen:

NAD+ + ATP → NADP+ + ADP

Detta är en fosforylering, inte en reduktion. Produkten av den visade reaktionen är NADP+, inte NADPH. IUBMB-nomenklaturen beskriver denna aktivitet under EC-nummer 2.7.1.23. [1]

Bokstaven P och bokstaven H förmedlar således olika information. Den första anger det fosforylerade systemet, den andra i dessa förkortningar den reducerade formen.

Varför skiljer enzymer på NAD och NADP?

Den extra fosfatgruppen påverkar hur coenzymet känns igen av en enzym. Tack vare detta uppvisar många reaktioner en preferens för ett av paren.

Detta innebär dock inte en absolut regel för alla enzymer. Specificiteten måste fastställas för en specifik aktivitet. Vissa enzym kan utnyttja mer än ett koenzym, men med olika verkningsgrad. [2,5]

I beskrivningen av reaktionen måste namnet på den deltagare som faktiskt används behållas. Strukturell likhet motiverar inte att NADPH ersätts med NADH i någon ekvation.

Exempel på omvandling av NADH till NAD+

Laktatdehydrogenas katalyserar den reversibla reaktionen mellan pyruvat och laktat. Reaktionen i riktning mot reduktion av pyruvat ser ut på följande sätt:

Pyruvat + NADH + H⁺ ⇌ L-laktat + NAD⁺

I denna riktning oxideras NADH och pyruvat reduceras. Exemplet visar att regenereringen av NAD+ inte är begränsad till den mitokondriella andningskedjan. [2]

En dubbelriktad pil innebär dock inte ett lika stort flöde i båda riktningarna i alla situationer. Nettoriktningen beror på det undersökta systemets förhållanden.

NADH och mitokondriellt komplex I

Andningskedjans komplex I överför elektroner från NADH till ubikinon. Processen är kopplad till translokation av protoner över membranet. NADH oxideras därvid till NAD+. [3]

Detta bör inte beskrivas som en direkt omvandling av NADH-molekylen till ATP. ATP bildas i en separat process som utnyttjar en protongradient.

Man måste också skilja på NADH som finns i mitokondriematrix och NADH i cytosolen. Det sistnämnda kan inte fritt passera genom det inre mitokondriemembranet. Skyttelsystem, som malat-aspartatskytteln, möjliggör överföring av reduktionsekvivalenter utan att samma NADH-molekyl enkelt passerar genom membranet.

Formuleringen „NADH levererar elektroner till mitokondrierna” kräver därför ett förtydligande av var det bildas och hur de reducerande ekvivalenterna överförs.

Exempel på en reaktion som utnyttjar NADPH

Glutationreduktas använder NADPH för att reducera glutationdisulfid:

GSSG + NADPH + H⁺ → 2 GSH + NADP+

GSSG står för den oxiderade disulfidformen av glutation, och GSH för den reducerade formen. NADPH avger reduktionsekvivalenter och övergår till NADP+. [4]

Detta är regenerering av GSH, inte syntes av nya glutationmolekyler från aminosyror. I denna ekvation är det rätta koenzymet NADPH, inte NAD+.

Använder NADPH enbart för antioxidativa reaktioner?

Nej. NADPH deltar i olika reduktionsreaktioner, och dess betydelse beror på enzymet och substratet.

Till exempel beskrivs aktiviteten hos NAD(P)H-oxidas, som leder till bildning av väteperoxid, med ekvationen:

NAD(P)H + H⁺ + O₂ → NAD(P)+ + H₂O₂

Detta är en annan kontext än regenerering av glutation. Enbart förekomsten av NADPH avgör därför inte om en given proces rensar bort reaktiva syrearter eller deltar i bildandet av dem. [5]

Man bör inte heller framställa NAD- och NADP-systemen som helt isolerade. Att särskilja deras typiska roller hjälper till vid inlärningen, men ersätter inte beskrivningen av en specifik reaktion.

Vad säger NAD+/NADH-kvoten?

NAD+/NADH-förhållandet jämför mängderna eller koncentrationerna av de två formerna, med samma mätbas. Det är inte samma sak som den totala NAD(H)-poolen.

Beräkningsexempel	NAD+	NADH	Summa NAD(H)	NAD+/NADH
A	9 enheter	1 enhet	10 enheter	9
B	18 enheter	2 enheter	20 enheter	9
C	5 enheter	5 enheter	10 enheter	1

Talmenen är enbart matematiska illustrationer, inte referensvärden. Exemplen A och B har samma förhållande, men olika summa. Exemplen A och C har samma summa, men olika förhållande.

Enbart en ökning av NAD+ gör det inte möjligt att beräkna det nya förhållandevärdet om vi inte känner till den samtidiga förändringen av NADH.

Varför ett högre förhållande inte automatiskt betyder „bättre”?

Tolkningen beror på celltyp, cellkompartment, förhållanden och syftet med studien. Ett enda värde är inte en universell indikator på mitokondriell funktion eller organismens hälsa.

Det har också betydelse om den fria fraktionen, den proteinbundna eller den pool som erhållits efter extraktion har mätts. Resultatet för hela provet behöver inte beskriva de lokala förhållandena i varje cellkompartiment.

Därför bör man i introduktionsartikeln inte tilldela proportionerna etiketterna „hälsosamma” och „ohälsosamma” utan en definierad experimentell kontext.

Redoxreaktioner samt syntes och nedbrytning

Omvandlingen av NAD+ till NADH förändrar redoxstatusen. Syntesen eller nedbrytningen av en förening förändrar dess pool på ett annat sätt.

Av denna anledning kan en förändring av koncentrationen ha mer än en förklaring. En enskild mätning i sig bestämmer inte hastigheten för syntes, förbrukning eller flöde genom reaktioner.

I resultatbeskrivningen bör man skilja på koncentration, andel av former och omvandlingstakt. Alla avser ämnesomsättningen, men de besvarar olika frågor.

Vanliga frågor och svar

Är NAD+ och NADH samma förening?

De är den oxiderade och reducerade formen av samma koenzymsystem, men inte identiska strukturer. Deras ömsesidiga omvandling kräver en redoxreaktion. Därför kan de diskuteras gemensamt som ett par, men i en reaktionsekvation eller ett analysresultat måste den lämpliga formen anges. Det kollektiva namnet ersätter inte distinktionen mellan substrat och produkt.

Är NADPH den reducerade formen av NAD+?

Den direkta reducerade formen av NAD+ är NADH. NADPH tillhör det andra paret och är den reducerade formen av NADP+. En jämförelse mellan NAD+ och NADPH omfattar därmed två skillnader: en extra fosfatgrupp och redox-tillståndet. Att slå ihop dem till en enda förenkling försvårar en korrekt tolkning av enzymets reaktion och funktion.

Ger fosforylering av NAD+ NADPH?

I den presenterade reaktionen av NAD-kinas leder fosforyleringen till NADP+. Detta är inte en reduktion av nikotynamidringen. För att beskriva NADPH måste man också inkludera dess reducerade tillstånd. Bokstäverna P och H är inte utbytbara beteckningar för samma modifiering, utan indikerar skilda strukturella egenskaper.

Är NADH ATP?

NADH och ATP är skilda föreningar. NADH deltar i överföringen av reduktionsekvivalenter, medan ATP förekommer i reaktioner som överför fosfatgrupper och kopplar samman energiprocesser. Deras koppling i cellandningen innebär inte en direkt omvandling av hela NADH-molekylen till ATP. Beskrivningen bör behålla separationen mellan dessa steg.

Går NADH från cytosolen fritt in i mitokondriet?

Den tränger inte igenom det inre mitokondriella membranet obehindrat. Överföringen av reducerande ekvivalenter kan ske via skyttelsystem som utnyttjar andra metaboliter. Detta är inte synonymt med transporten av samma NADH-molekyl. Denna åtskillnad gör det möjligt att korrekt beskriva kopplingen mellan cytosoliska omvandlingar och den mitokondriella andningskedjan.

Betyder NADP(H) samma sak som NAD(P)H?

Nej. NADP(H) omfattar vanligtvis båda formerna av NADP-systemet, medan NAD(P)H avser antingen NADH eller NADPH. Placeringen av parentesen ändrar förkortningens betydelse. Särskilt vid beskrivningen av laboratoriemetoder måste man kontrollera om det handlar om en gemensam signal, ett alternativt substrat eller faktiskt åtskilda bestämningar av enskilda molekyler.

Bestämmer den totala NAD(H)-poolen förhållandet mellan NAD+ och NADH?

Nej. Samma summa kan omfatta olika proportioner av oxiderade och reducerade former. För att beräkna förhållandet behövs lämpliga data om båda komponenterna. Å andra sidan kan ett identiskt förhållande förekomma vid olika storlekar på den totala poolen. Information om summan och proportionen bör inte användas om vartannat.

Beskriver resultatet av ett prov alla celler?

Resultatet avser det material och den omfattning som den tillämpade metoden har. Det bör inte automatiskt överföras till andra vävnader, cellkompartiment eller förhållanden. Inte heller ersätter en gemensam signal från flera coenzymer deras separata bestämningar. Slutsatsen bör visa vad som faktiskt har mätts, i stället för att tillskriva ett enskilt tal en bredare innebörd.

Varning

Denna artikel är endast avsedd för utbildnings- och informationssyfte och utgör inte medicinsk rådgivning. NAD+, NADH, NADP+, NADPH och tillhörande prekursor-tillskott är inte godkända av FDA eller EMA för att behandla, förebygga eller bota någon sjukdom. Artikeln är av utbildningskaraktär och handlar om nomenklatur, struktur och grunderna för redoxreaktioner. De presenterade reaktionerna bekräftar inte säkerheten, effekten eller kvaliteten hos någon specifik produkt.

Referenser

[1] IUBMB enzymnomenklatur. EC 2.7.1.23, NAD+-kinas. Fosforylering av NAD+ till NADP+.

[2] IUBMB Enzymnomenklatur. EC 1.1.1.27, L-laktatdehydrogenas. Laktat–pyruvat-reaktionen med NAD+/NADH.

[3] IUBMB Enzyminomenklatur. EC 7.1.1.2, NADH-reduktas (H+-translokerande). Komplex I: transport av elektron och proton.

[4] Reactome. R-HSA-71682. Reduktion av GSSG till GSH med NADPH.

[5] IUBMB:s enzymnomenklatur. EC 1.6.3.1, NAD(P)H-oxidas (H₂O₂-bildande). Reaktionen som leder till bildandet av väteperoxid.