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How the NAD+ Works


O dinucleotídeo nicotinamida adenina, abreviado NAD+, é uma coenzima encontrada em todas as células vivas. O composto é um dinucleotídeo, já que consiste de dois nucleotídeos juntos através de seus grupos fosfato: com um nucleotídeo contendo um anel de adenosina, e outro contendo nicotinamida.

No metabolismo, NAD+ está envolvido em reações redox (a contradição entre oxidação e redução), carregando elétrons de uma reação para outra. A co-enzima é por isso encontrada em duas formas nas células: NAD+ é um agente oxidante – ela recebe elétrons de outras moléculas e torna-se reduzida, esta reação forma NADH, a qual pode então ser usada com um agente redutor para doar elétrons. Essas reações de transferência de elétrons são a função principal de NAD+. Entretanto, ele também é usada em outros processos celulares, notavelmente como um substrato de enzimas que adicionam ou removem grupos químicos a partir de proteínas, em modificações pós-translacionais. Devido à importância dessas funções, as enzimas envolvidas no metabolismo de NAD+ são alvos para descoberta de drogas.


Nos organismos, NAD+ pode ser sintetizada da matéria prima (de novo, novas NAD) dos aminoácidos triptofano e ácido aspártico. Alternativamente, os componentes das co-enzimas são absorvidos dos alimentos como as vitaminas chamadas niacina. Componentes similares são liberados por reações que quebram as estruturas de NAD+. Esses componentes pré-formados então passam através de uma via de salvamento que os recicla de volta na forma ativa. Alguns NAD+ também são convertidos em nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP+); a química desta co-enzima relacionada é similar àquela de NAD+, mas tem diferentes papéis no metabolismo.

A nicotinamida adenine dinucleotídeo é um dinucleotídeo já que consiste de dois nucleotídeos unidos por uma ponte de par de grupos fosfato. Os nucleotídeos consistem de anéis de ribose, um com adenina ligada ao primeiro átomo de carbono (a posição 1’) e o outro com nicotinamida nesta posição. O grupo nicotinamida pode ser ligado em duas orientações neste átomo de carbono anomérico {anômero é uma das moléculas de açúcar que são epímeras [que estão em posição superior] no átomo de carbono (carbono 1 nas aldoses e carbono 2 nas cetoses}, devido a essas duas possíveis estruturas, o composto existe como dois diastereoisômeros (isômeros que não têm a mesma disposição estrutural). É o β-nicotinamida diastereoisômero de NAD+ que é encontrado nos organismos. Estes nucleotídeos. Esses nucleotídeos são unidos juntos por uma ponte de dois grupos fosfato através do carbon 5’.

No metabolismo o composto recebe ou doa elétrons em reações redox. Tais reações (sumarizadas na formula a seguir) envolvem a remoção de dois átomos de hidrogênio do reagente (a substância catalisada) (R), na forma de um íon hidreto (hidrogênio com carga negativa, composto de hidrogênio em que ele assume uma carga negativa formal), e um próton (H+). O próton é liberado na solução, enquanto o redutante RH2 é oxidizado e NAD+ reduzido para NADH por transferência do hidreto para o anel de nicotinamida.

NADH + H+ + RH2 + NAD+ → R

A partir do par de elétrons do hidreto, um elétron é transferido para o nitrogênio carregado positivamente do anel de nicotinamida de NAD+, e o segundo átomo de hidrogênio transferido para o átomo de carbono C4 oposto a este nitrogênio. O ponto central potencial do par redox NAD+/NADH é de -0,32 volts, o qual torna NADH um forte agente redutor. A reação é facilmente reversível, quando NADH reduz outra molécula e é re-oxidizada para NAD+. Isso significa que a co-enzima pode continuar o ciclo entre as formas NAD+ e NADH sem ser consumida.

Na aparência, todas as formas desta co-enzima são pólvora branca amorfa que são higroscópicas (substância capaz de absorver umidade e água) e altamente solúveis em água. Os sólidos são estáveis se estocados secos e no escuro. Soluções de NAD+ são menos coloridas e estáveis por mais ou menos uma semana a 4oC e em pH neutro, mas decompõem rapidamente em ácido ou álcalis. Na decomposição, eles formam produtos que são inibidores de enzimas.

Ambos NAD+ e NADH absorvem fortemente na ultraviolet devido a sua base adenine. Por exemplo, o pico de absorção de NAD+ está em um comprimento de onda de 259 nanômetros (nm), com um coeficiente de extinção de 16.900 M-1cm-1. NADH também absorve em altos comprimentos de onda, com um segundo pico em absorção de UV em 339 nm com um coeficiente de extinção de 6.220 M-1cm-1. Essa diferença na absorção de espectros ultravioleta entre as formas oxidadas e reduzidas das coenzimas em altos comprimentos de onda torna simples mensurar a conversão de uma para outra em ensaios enzimáticos – por mensuração da quantidade de absorção de UV a 340 nanômetros usando um espectrofotômetro (um tipo de microscópio que custa entre 45 e 50.000 dólares).

NAD+ e NADH também diferem em sua fluorescência. NADH em solução tem um pico de emissão em 460 nm e um tempo de vida de fluorescência de 0.4 nanosegundos, enquanto a forma oxidada da coenzima não fluoresce. As propriedades do sinal de fluorescência mudam quando NADH liga-se a proteínas, então estas mudanças podem ser usadas para medir constantes dissociações, as quais são úteis no estudo da cinética da enzima. Essas mudanças na fluorescência também são usadas para medir mudanças no estado redox de células vivas, através de microscopia fluorescente.