Koenzim Redoks: NAD+ dan FAD

NAD+ dan FAD adalah pembawa elektron utama dalam metabolisme seluler. Sebagai koenzim oksidoreduktase yang dapat berdisosiasi atau terikat, keduanya menerima dan mendonasikan elektron (dan, untuk NAD+, hidrida), menghubungkan oksidasi bahan bakar dengan reaksi respirasi dan biosintesis. Bentuk tereduksinya, NADH dan FADH2, menyalurkan elektron ke dalam rantai respirasi.

Definition

NAD+ (nikotinamida adenin dinukleotida) dan FAD (flavin adenin dinukleotida) adalah koenzim redoks yang berputar antara keadaan teroksidasi dan tereduksi untuk membawa elektron dalam reaksi oksidasi-reduksi yang dikatalisis enzim; bentuk terfosforilasi NADP+ melayani kimia analog yang sebagian besar didedikasikan untuk biosintesis reduktif.

Scope

Topik ini mencakup struktur dan kimia redoks koenzim nukleotida piridin NAD+/NADH dan NADP+/NADPH serta koenzim flavin FAD/FADH2 (dan FMN), peran mereka dalam jalur katabolik dan anabolik, serta perbedaan antara peran NAD+ dalam katabolisme dan peran NADPH dalam biosintesis. Ini memperlakukan mereka sebagai koenzim redoks dalam enzimologi, bukan sebagai panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana NAD+ dan FAD berbeda dalam kimia transfer elektron yang mereka lakukan?
• Mengapa sel mempertahankan kumpulan NAD+ dan NADP+ yang terpisah?
• Bagaimana koenzim tereduksi direoksidasi, dan bagaimana ini berhubungan dengan sintesis ATP?
• Bagaimana NAD+ disintesis dan dirombak di luar peran redoksnya?

Key concepts

• Transfer hidrida oleh NAD+/NADH
• Transfer satu dan dua elektron oleh flavin
• NADP+/NADPH didedikasikan untuk biosintesis reduktif
• Koenzim tereduksi yang menyalurkan rantai respirasi
• Flavin sebagai gugus prostetik yang terikat erat
• NAD+ sebagai substrat untuk sirtuin dan enzim pengonsumsi lainnya
• Biosintesis dan penyelamatan NAD+

Mechanisms

NAD+ menerima ion hidrida (dua elektron dan satu proton) pada posisi C4 cincin nikotinamidanya untuk menjadi NADH, pembawa dua elektron yang bersih yang cocok untuk reaksi dehidrogenase (Nelson & Cox, 2021). Koenzim flavin (FAD dan FMN) dapat menerima satu atau dua elektron, memungkinkan mereka untuk menjadi perantara antara donor dua elektron dan akseptor satu elektron serta menangani kimia oksigen; mereka biasanya dipegang sebagai gugus prostetik yang terikat erat dalam flavoprotein (Macheroux et al., 2011). Dalam katabolisme, NADH dan FADH2 membawa elektron ke rantai respirasi, di mana kompleks I mengoksidasi NADH dan meneruskan elektron menuju ubikuinon, menggabungkan oksidasi dengan pemompaan proton (Brandt, 2006). NADPH, yang dihasilkan misalnya oleh jalur pentosa fosfat, menyediakan daya reduksi untuk biosintesis dan pertahanan antioksidan. Di luar redoks, NAD+ dikonsumsi sebagai substrat oleh enzim seperti sirtuin dan terus-menerus disintesis ulang melalui jalur de novo dan penyelamatan (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015; Belenky et al., 2007).

Clinical relevance

Metabolisme NAD+ beririsan dengan homeostasis energi, biologi penuaan, dan fungsi enzim pensinyalan yang mengonsumsi NAD+, itulah sebabnya ia dipelajari secara intensif dalam penelitian metabolisme (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015). Entri ini menjelaskan biokimia koenzim; ia menjelaskan mekanisme dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis individu, suplementasi, atau keputusan pengobatan.

History

Koenzim nukleotida piridin dan flavin diidentifikasi melalui studi fermentasi dan 'enzim kuning' pada awal abad kedua puluh, menghubungkannya dengan vitamin niasin dan riboflavin. Pekerjaan struktural dan mekanistik selanjutnya mengklarifikasi transfer hidrida oleh NAD+, kimia satu dan dua elektron flavin yang serbaguna, dan peran pembawa ini dalam rantai respirasi, sementara pekerjaan modern meninjau kembali NAD+ sebagai koenzim redoks dan metabolit pensinyalan yang dikonsumsi (Brandt, 2006; Macheroux et al., 2011; Verdin, 2015).

Seminal works

• verdin-2015
• canto-2015
• brandt-2006
• macheroux-2011

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara NAD+ dan NADP+?

Keduanya berbeda oleh satu gugus fosfat, tetapi sel menyimpannya sebagai kumpulan terpisah dengan tugas yang berbeda: NAD+/NADH terutama mendorong oksidasi katabolik yang menghasilkan energi, sementara NADP+/NADPH menyediakan daya reduksi untuk biosintesis dan pertahanan antioksidan.

Mengapa flavin dapat melakukan kimia yang tidak dapat dilakukan NAD+?

Flavin dapat menerima dan mendonasikan satu elektron pada satu waktu serta dua, sehingga mereka dapat menjembatani donor dua elektron dengan akseptor satu elektron dan berpartisipasi dalam kimia oksigen dan radikal, yang tidak dapat dilakukan oleh pasangan NAD+/NADH yang secara ketat dua elektron.