НАД — кофермент восстановления в клетке¶
Над (НАД⁺, никотинамидадениндинуклеотид) — это кофермент, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях в клетках всех живых организмов. Он выполняет роль переносчика электронов, обеспечивая работу ферментов дегидрогеназ и участвуя в ключевых метаболических путях — гликолизе, цикле Кребса, окислительном фосфорилировании и синтезе АТФ. Молекула состоит из двух нуклеотидов, связанных через фосфатный мостик: аденозинмонофосфата и никотинамидмонофосфата. Сокращение НАД расшифровывается как никотинамидадениндинуклеотид, а восстановленная форма обозначается НАДН.
¶Структура и формы
НАД существует в двух основных формах:
- НАД⁺ — окисленная форма, принимает два электрона и один протон;
- НАДН — восстановленная форма, отдаёт электроны при необходимости.
Существует также фосфорилированная форма — НАДП⁺ и НАДФН, которая работает преимущественно в анаболических реакциях, например в пентозофосфатном пути и жирнокислотном синтезе.
¶Функции в организме
¶Участие в энергетическом обмене
Главная роль НАД — перенос электронов в цепи реакций, ведущих к синтезу АТФ. При гликолизе и цикле Кребса НАД⁺ восстанавливается до НАДН, который затем отдаёт электроны в дыхательную цепь переноса электронов в митохондриях. В результате окислительного фосфорилирования из одной молекулы НАДН синтезируется около 2,5 молекул АТФ.
¶Регуляция клеточных процессов
Помимо энергетики, НАД участвует в регуляции:
- апоптоза (программированной гибели клеток);
- репарации ДНК через активацию PARP-ферментов;
- эпигенетической регуляции через сиртуины — класс деацетилаз, зависимых от НАД;
- циркадных ритмов.
При повреждении ДНК фермент PARP активируется и расходует НАД⁺, что может привести к истощению пула этого кофермента и гибели клетки — этот механизм используется в терапии опухолей.
¶Синтез в организме
Человек синтезирует НАД двумя путями:
- Де novo — из аминокислоты триптофана.
- Путь спасения (salvage) — из ниацина (витамина B3), никотинамида или никотиновой кислоты.
Ниацин относится к витаминам группы B, и его дефицит приводит к пеллагре — заболеванию, сопровождающемуся дерматитом, диареей и деменцией.
¶Клиническое значение
Исследования показывают, что с возрастом уровень НАД⁺ в тканях снижается. Это связано с активностью CD38 — фермента, разрушающего НАД⁺. Снижение уровня НАД⁺ рассматривается как один из факторов старения, а восстановление его уровня с помощью предшественников (никотинамид мононуклеотида, NMN) активно изучается в геронтологии.
Дефицит НАД также наблюдается при:
- алкоголизме (разрушение гепатоцитов);
- диабете;
- нейродегенеративных заболеваниях;
- сердечно-сосудистых патологиях.
¶История
Восстановление НАД было открыто в 1906 году Артуром Харденом и Джоном Янгом, которые обнаружили термолабильный фактор, необходимый для брожения дрожжей. Позже, в 1930-х годах, Отто Варбург определил структуру кофермента и показал его роль в клеточном дыхании. За работы по открытию коферментов, участвующих в биологическом окислении, Харден получил Нобелевскую премию по химии в 1929 году.
¶Источники
- Нельсон Д., Кокс М. «Биохимия Ленингера»
- Лахлин С. «Биохимия»
- Alberts B. et al. «Molecular Biology of the Cell»
- Verdin E. «NAD⁺ in aging, metabolism, and neurodegeneration», Science, 2015