Coenzimas Redox: NAD+ e FAD

NAD+ e FAD são os principais transportadores de elétrons do metabolismo celular. Como coenzimas dissociáveis ou ligadas de oxidorredutases, elas aceitam e doam elétrons (e, para NAD+, hidreto), ligando a oxidação de combustíveis às reações de respiração e biossíntese. Suas formas reduzidas, NADH e FADH2, fornecem elétrons para a cadeia respiratória.

Definition

NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídeo) são coenzimas redox que ciclam entre estados oxidados e reduzidos para transportar elétrons em reações de oxirredução catalisadas por enzimas; a forma fosforilada NADP+ serve a uma química análoga dedicada em grande parte à biossíntese redutiva.

Scope

O tópico aborda a estrutura e a química redox das coenzimas de nucleotídeos de piridina NAD+/NADH e NADP+/NADPH e das coenzimas de flavina FAD/FADH2 (e FMN), seus papéis nas vias catabólicas e anabólicas, e a distinção entre o papel do NAD+ no catabolismo e o papel do NADPH na biossíntese. Ele trata estas como coenzimas redox dentro da enzimologia, não como orientação clínica.

Core questions

• Como NAD+ e FAD diferem na química de transferência de elétrons que realizam?
• Por que a célula mantém pools separados de NAD+ e NADP+?
• Como as coenzimas reduzidas são reoxidadas e como isso se acopla à síntese de ATP?
• Como o NAD+ é sintetizado e metabolizado além de seu papel redox?

Key concepts

• Transferência de hidreto por NAD+/NADH
• Transferência de um e dois elétrons por flavinas
• NADP+/NADPH dedicado à biossíntese redutiva
• Coenzimas reduzidas alimentando a cadeia respiratória
• Flavinas como grupos prostéticos fortemente ligados
• NAD+ como substrato para sirtuínas e outras enzimas consumidoras
• Biossíntese e salvamento de NAD+

Mechanisms

O NAD+ aceita um íon hidreto (dois elétrons e um próton) na posição C4 de seu anel nicotinamida para se tornar NADH, um transportador limpo de dois elétrons adequado para reações de desidrogenase (Nelson & Cox, 2021). As coenzimas de flavina (FAD e FMN) podem aceitar um ou dois elétrons, permitindo-lhes mediar entre doadores de dois elétrons e aceptores de um elétron e lidar com a química do oxigênio; elas são geralmente mantidas como grupos prostéticos fortemente ligados em flavoproteínas (Macheroux et al., 2011). No catabolismo, NADH e FADH2 transportam elétrons para a cadeia respiratória, onde o complexo I oxida o NADH e passa elétrons para a ubiquinona, acoplando a oxidação ao bombeamento de prótons (Brandt, 2006). O NADPH, gerado, por exemplo, pela via das pentoses-fosfato, fornece poder redutor para a biossíntese e defesa antioxidante. Além do redox, o NAD+ é consumido como substrato por enzimas como as sirtuínas e é continuamente resintetizado através de rotas de novo e de salvamento (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015; Belenky et al., 2007).

Clinical relevance

O metabolismo do NAD+ se cruza com a homeostase energética, a biologia do envelhecimento e a função das enzimas sinalizadoras consumidoras de NAD+, razão pela qual é intensamente estudado na pesquisa do metabolismo (Verdin, 2015; Cantó et al., 2015). Esta entrada explica a bioquímica das coenzimas; ela descreve mecanismos e não é uma base para diagnóstico individual, suplementação ou decisões de tratamento.

History

As coenzimas de nucleotídeos de piridina e flavina foram identificadas através de estudos do início do século XX sobre fermentação e 'enzimas amarelas', ligando-as às vitaminas niacina e riboflavina. Trabalhos estruturais e mecanísticos posteriores esclareceram a transferência de hidreto pelo NAD+, a química versátil de um e dois elétrons das flavinas e o papel desses transportadores na cadeia respiratória, enquanto trabalhos modernos reexaminaram o NAD+ como coenzima redox e metabólito sinalizador consumido (Brandt, 2006; Macheroux et al., 2011; Verdin, 2015).

Seminal works

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

Frequently asked questions

Qual a diferença entre NAD+ e NADP+?

Eles diferem por um único grupo fosfato, mas a célula os mantém como pools separados com funções distintas: NAD+/NADH impulsiona principalmente oxidações catabólicas e produtoras de energia, enquanto NADP+/NADPH fornece poder redutor para biossíntese e defesa antioxidante.

Por que as flavinas podem realizar química que o NAD+ não pode?

As flavinas podem aceitar e doar um elétron por vez, bem como dois, então elas podem fazer a ponte entre doadores de dois elétrons e aceptores de um elétron e participar da química do oxigênio e de radicais, o que o par NAD+/NADH, estritamente de dois elétrons, não pode.