کوآنزیمهای ردوکس: +NAD و FAD
+NAD و FAD حاملهای الکترون پرکار متابولیسم سلولی هستند. آنها بهعنوان کوآنزیمهای جداشدنی یا متصل اکسیدوردوکتازها، الکترونها (و برای +NAD، هیدرید) را پذیرفته و اهدا میکنند و اکسیداسیون سوختها را به واکنشهای تنفس و بیوسنتز پیوند میدهند. اشکال احیاشده آنها، NADH و FADH2، الکترونها را به زنجیره تنفسی وارد میکنند.
Definition
+NAD (نیکوتینآمید آدنین دینوکلئوتید) و FAD (فلاوین آدنین دینوکلئوتید) کوآنزیمهای ردوکس هستند که بین حالتهای اکسیدشده و احیاشده در چرخش هستند تا الکترونها را در واکنشهای اکسیداسیون-احیای کاتالیزشده توسط آنزیمها حمل کنند؛ شکل فسفریلهشده +NADP شیمی مشابهی را انجام میدهد که عمدتاً به بیوسنتز کاهشی اختصاص دارد.
Scope
این موضوع ساختار و شیمی ردوکس کوآنزیمهای نوکلئوتیدی پیریدین +NAD/NADH و +NADP/NADPH و کوآنزیمهای فلاوین FAD/FADH2 (و FMN)، نقش آنها در مسیرهای کاتابولیک و آنابولیک، و تمایز بین نقش +NAD در کاتابولیسم و نقش NADPH در بیوسنتز را پوشش میدهد. این موارد بهعنوان کوآنزیمهای ردوکس در آنزیمشناسی مورد بررسی قرار میگیرند، نه بهعنوان راهنمای بالینی.
Core questions
- چگونه +NAD و FAD در شیمی انتقال الکترونی که انجام میدهند، متفاوت هستند؟
- چرا سلول مخازن جداگانه +NAD و +NADP را حفظ میکند؟
- کوآنزیمهای احیاشده چگونه دوباره اکسید میشوند و این فرآیند چگونه با سنتز ATP جفت میشود؟
- سنتز و چرخه +NAD فراتر از نقش ردوکس آن چگونه است؟
Key concepts
- انتقال هیدرید توسط +NAD/NADH
- انتقال یک و دو الکترون توسط فلاوینها
- +NADP/NADPH اختصاص یافته به بیوسنتز کاهشی
- کوآنزیمهای احیاشده که زنجیره تنفسی را تغذیه میکنند
- فلاوینها بهعنوان گروههای پروتز محکم متصل
- +NAD بهعنوان سوبسترا برای سیرتوئینها و سایر آنزیمهای مصرفکننده
- بیوسنتز و نجات +NAD
Mechanisms
+NAD یک یون هیدرید (دو الکترون و یک پروتون) را در موقعیت C4 حلقه نیکوتینآمید خود میپذیرد تا به NADH تبدیل شود، یک حامل تمیز دو الکترونی که برای واکنشهای دهیدروژناز مناسب است (Nelson & Cox, 2021). کوآنزیمهای فلاوین (FAD و FMN) میتوانند یک یا دو الکترون را بپذیرند، که به آنها اجازه میدهد بین اهداکنندگان دو الکترونی و پذیرندگان یک الکترونی واسطه باشند و شیمی اکسیژن را مدیریت کنند؛ آنها معمولاً بهعنوان گروههای پروتز محکم متصل در فلاووپروتئینها نگهداری میشوند (Macheroux et al., 2011). در کاتابولیسم، NADH و FADH2 الکترونها را به زنجیره تنفسی حمل میکنند، جایی که کمپلکس I، NADH را اکسید کرده و الکترونها را به سمت یوبیکینون منتقل میکند و اکسیداسیون را با پمپاژ پروتون جفت میکند (Brandt, 2006). NADPH، که برای مثال توسط مسیر پنتوز فسفات تولید میشود، قدرت احیاکنندگی را برای بیوسنتز و دفاع آنتیاکسیدانی فراهم میکند. فراتر از ردوکس، +NAD بهعنوان سوبسترا توسط آنزیمهایی مانند سیرتوئینها مصرف میشود و بهطور مداوم از طریق مسیرهای د نوو و نجات بازسازی میشود (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015; Belenky et al., 2007).
Clinical relevance
متابولیسم +NAD با هموستاز انرژی، زیستشناسی پیری، و عملکرد آنزیمهای سیگنالینگ مصرفکننده +NAD تلاقی دارد، به همین دلیل در تحقیقات متابولیسم بهشدت مورد مطالعه قرار میگیرد (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015). این مدخل بیوشیمی کوآنزیمها را توضیح میدهد؛ مکانیسمها را توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص فردی، مکملدرمانی یا تصمیمات درمانی نیست.
History
کوآنزیمهای نوکلئوتیدی پیریدین و فلاوین از طریق مطالعات اوایل قرن بیستم در مورد تخمیر و 'آنزیمهای زرد' شناسایی شدند و آنها را به ویتامینهای نیاسین و ریبوفلاوین مرتبط کردند. کارهای ساختاری و مکانیکی بعدی، انتقال هیدرید توسط +NAD، شیمی یک و دو الکترونی متنوع فلاوینها، و نقش این حاملها در زنجیره تنفسی را روشن کرد، در حالی که کارهای مدرن +NAD را هم بهعنوان یک کوآنزیم ردوکس و هم بهعنوان یک متابولیت سیگنالینگ مصرفشده مورد بازبینی قرار دادند (Brandt, 2006; Macheroux et al., 2011; Verdin, 2015).
Related topics
Seminal works
- verdin-2015
- canto-2015
- brandt-2006
- macheroux-2011
Frequently asked questions
- تفاوت بین +NAD و +NADP چیست؟
- آنها تنها در یک گروه فسفات با هم تفاوت دارند، اما سلول آنها را بهعنوان مخازن جداگانه با وظایف متفاوت نگه میدارد: +NAD/NADH عمدتاً اکسیداسیونهای کاتابولیک و انرژیزا را هدایت میکند، در حالی که +NADP/NADPH قدرت احیاکنندگی را برای بیوسنتز و دفاع آنتیاکسیدانی فراهم میکند.
- چرا فلاوینها میتوانند شیمیای را انجام دهند که +NAD نمیتواند؟
- فلاوینها میتوانند یک الکترون در هر زمان و همچنین دو الکترون را بپذیرند و اهدا کنند، بنابراین میتوانند بین اهداکنندگان دو الکترونی و پذیرندگان یک الکترونی پل بزنند و در شیمی اکسیژن و رادیکالها شرکت کنند، کاری که جفت +NAD/NADH که صرفاً دو الکترونی است، نمیتواند انجام دهد.