Redoks Koenzimleri: NAD+ ve FAD
NAD+ ve FAD, hücresel metabolizmanın temel elektron taşıyıcılarıdır. Oksidoredüktazların ayrılabilir veya bağlı koenzimleri olarak, elektronları (ve NAD+ için hidrürü) kabul eder ve bağışlarlar; böylece yakıtların oksidasyonunu solunum ve biyosentez reaksiyonlarına bağlarlar. İndirgenmiş formları olan NADH ve FADH2, elektronları solunum zincirine aktarır.
Tanım
NAD+ (nikotinamid adenin dinükleotit) ve FAD (flavin adenin dinükleotit), enzim katalizli oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarında elektron taşımak üzere oksitlenmiş ve indirgenmiş durumlar arasında döngüye giren redoks koenzimleridir; fosforillenmiş formu olan NADP+ ise büyük ölçüde indirgeyici biyosenteze adanmış benzer bir kimyasal işlev görür.
Kapsam
Bu konu, piridin nükleotit koenzimleri NAD+/NADH ve NADP+/NADPH ile flavin koenzimleri FAD/FADH2 (ve FMN)'nin yapı ve redoks kimyasını, katabolik ve anabolik yollardaki rollerini ve NAD+'nın katabolizmadaki rolü ile NADPH'nin biyosentezdeki rolü arasındaki ayrımı kapsamaktadır. Bu koenzimler, enzimoloji kapsamında redoks koenzimleri olarak ele alınmakta olup, klinik bir rehberlik olarak değerlendirilmemektedir.
Temel sorular
- NAD+ ve FAD, gerçekleştirdikleri elektron transferi kimyasında nasıl farklılık gösterir?
- Hücre neden ayrı NAD+ ve NADP+ havuzlarını sürdürür?
- İndirgenmiş koenzimler nasıl yeniden oksitlenir ve bu durum ATP senteziyle nasıl eşleşir?
- NAD+, redoks rolünün ötesinde nasıl sentezlenir ve döngüye girer?
Anahtar kavramlar
- NAD+/NADH tarafından hidrür transferi
- Flavinler tarafından tek ve iki elektron transferi
- İndirgeyici biyosenteze adanmış NADP+/NADPH
- Solunum zincirini besleyen indirgenmiş koenzimler
- Sıkıca bağlı prostetik gruplar olarak flavinler
- Sirtuinler ve diğer tüketen enzimler için bir substrat olarak NAD+
- NAD+ biyosentezi ve kurtarma yolları
Mekanizmalar
NAD+, nikotinamid halkasının C4 konumunda bir hidrür iyonunu (iki elektron ve bir proton) kabul ederek NADH'ye dönüşür; bu, dehidrogenaz reaksiyonlarına uygun, saf bir iki elektron taşıyıcısıdır (Nelson & Cox, 2021). Flavin koenzimleri (FAD ve FMN) bir veya iki elektronu kabul edebilir, bu da onların iki elektron vericileri ile tek elektron alıcıları arasında aracılık etmelerini ve oksijen kimyasını yönetmelerini sağlar; genellikle flavoproteinlerde sıkıca bağlı prostetik gruplar olarak bulunurlar (Macheroux ve diğerleri, 2011). Katabolizmada, NADH ve FADH2 elektronları solunum zincirine taşır; burada kompleks I, NADH'yi oksitler ve elektronları ubikinona doğru aktararak oksidasyonu proton pompalamasıyla eşleştirir (Brandt, 2006). Örneğin pentoz fosfat yolu ile üretilen NADPH, biyosentez ve antioksidan savunma için indirgeyici güç sağlar. Redoks işlevinin ötesinde, NAD+, sirtuinler gibi enzimler tarafından bir substrat olarak tüketilir ve de novo ile kurtarma yolları aracılığıyla sürekli olarak yeniden sentezlenir (Verdin, 2015; Cantó ve diğerleri, 2015; Belenky ve diğerleri, 2007).
Klinik önem
NAD+ metabolizması, enerji homeostazı, yaşlanma biyolojisi ve NAD+ tüketen sinyal enzimlerinin işleviyle kesişmektedir; bu nedenle metabolizma araştırmalarında yoğun bir şekilde incelenmektedir (Verdin, 2015; Cantó ve diğerleri, 2015). Bu madde, koenzimlerin biyokimyasını açıklamaktadır; mekanizmaları tanımlamakta olup, bireysel tanı, takviye veya tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Piridin ve flavin nükleotit koenzimleri, yirminci yüzyılın başlarındaki fermantasyon ve 'sarı enzimler' üzerine yapılan çalışmalarla tanımlanmış ve niasin ile riboflavin vitaminleriyle ilişkilendirilmiştir. Daha sonraki yapısal ve mekanistik çalışmalar, NAD+ tarafından hidrür transferini, flavinlerin çok yönlü tek ve iki elektron kimyasını ve bu taşıyıcıların solunum zincenindeki rolünü açıklığa kavuşturmuştur; modern çalışmalar ise NAD+'yı hem bir redoks koenzimi hem de tüketilen bir sinyal metaboliti olarak yeniden incelemiştir (Brandt, 2006; Macheroux ve diğerleri, 2011; Verdin, 2015).
İlgili konular
Temel eserler
- verdin-2015
- canto-2015
- brandt-2006
- macheroux-2011
Sıkça sorulan sorular
- NAD+ ve NADP+ arasındaki fark nedir?
- Tek bir fosfat grubu ile farklılık gösterirler, ancak hücre onları farklı görevlere sahip ayrı havuzlar olarak tutar: NAD+/NADH esas olarak katabolik, enerji veren oksidasyonları yönlendirirken, NADP+/NADPH ise biyosentez ve antioksidan savunma için indirgeyici güç sağlar.
- Flavinler neden NAD+'nın yapamadığı kimyasal reaksiyonları gerçekleştirebilir?
- Flavinler, iki elektronun yanı sıra tek bir elektronu da aynı anda kabul edebilir ve bağışlayabilir; bu sayede iki elektron vericileri ile tek elektron alıcıları arasında köprü kurabilir ve oksijen ile radikal kimyasına katılabilirler; bu durum kesinlikle iki elektronlu NAD+/NADH çiftinin yapamadığı bir özelliktir.